Question

20．阅读以下材料，回答问题：
2015年3月30日，搭载首颗新一代北斗导航卫星的长征三号丙运载火箭（如图18）在西昌卫星发射中心点火发射，成功地将北斗卫星导航系统第17颗卫星送入工作轨道，标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施．预计到2020年我国将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，其定位精度10m，测速精度0.2m/s，授时精度10ns．
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，北斗卫星导航系统的空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成．5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，离地面的高度约为3.60×10⁴km；30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星轨道离地面高度约为2.15×10⁴km．
（1）北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成．
（2）北斗卫星导航系统的空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成．
（3）卫星发射过程可简化为点火加速、离开大气层后关闭发动机自由上升和调整姿态三个阶段．第17颗北斗导航卫星点火发射时，相对长征三号丙运载火箭是静止的（选填“运动”或“静止”）；
（4）第17颗北斗导航卫星加速升空过程中，卫星的动能将增大（选填“增大”或“减小”）；卫星的重力势能将增大（选填“增大”或“减小”）；卫星的机械能将增大（选填“增大”、“不变”或“减小”）．
（5）若从地面向静止轨道卫星发送电磁波信号，至少需要0.24s可返回地面．

Answer 1

分析 （1）北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成．
（2）空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星．
（3）第17颗北斗导航卫星相对运载火箭是运动还是静止的，要北斗导航卫星看相对于运载火箭有没有位置的改变．
（4）动能与物体的质量和速度有关，物体的质量越大，速度越大，动能越大；重力势能与物体的质量和高度有关，物体的质量越大，高度越高，重力势能越大；机械能等于动能加势能．
（5）根据距离s和速度v，利用公式t=$\frac{s}{v}$就可以计算出时间．

解答 解：
（1）阅读材料可知：北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成．
（2）分析材料可知：空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星．
（3）第17颗北斗导航卫星点火发射时，相对长征三号丙运载火箭没有位置的改变，所以第17颗北斗导航卫星相对运载火箭是静止的；
（4）第17颗北斗导航卫星加速升空过程中，其质量不变，速度变大，故动能变大；同时其质量不变，高度增加，故重力势能增大；由于机械能等于动能加势能，故机械能也增大．
（5）根据v=$\frac{s}{t}$，电磁波传播的距离：s=3.6×10⁴km×2=7.2×10⁴km；
所以从地面发送电磁波信号通过同步卫星返回至少需要的时间：
t=$\frac{s}{c}$=$\frac{7.2×1{0}^{4}km}{3×1{0}^{5}km/s}$=0.24s
故答案为：（1）地面；（2）5颗静止轨道；（3）静止；（4）增大；增大；增大；（5）0.24．

点评 本题通过卫星的发射过程考查了卫星导航系统的组成、运动与静止的相对性、速度公式及其变形的应用、能量的相互转化等，是一道综合性题目．