物理教师第24卷第1期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.　2003年　　　　　　　　　　　　　　PHYSICSTEACHER　　　　　　　　　　　　　　　(2003)人造卫星易混问题辨析陈金鹏(苏州市通才实验学校,江苏苏州)　人造卫星是现代航天技术的结晶,它与科学研究、工农业生产、人类生活息息相关.现行教材有关人造卫星的知识介绍很少,加之学生对人造卫星缺乏感性认识,致使学习时模糊、错误认识颇多.教学中有必要注意澄清.1为什么人造卫星半径越大其机械能越大?人造卫星运行时,地球对卫星的万有引力提供向心力.由2m′mvG=m,(1)r2rGm′可得v=.r显然,半径越大,线速度越小,卫星的动能越小.为什么机械能反而越大呢?产生上述疑问的原因是学生尚未学习微积分,无法推导引力势能公式.为使学生释疑,建议不经数学推导而直接介绍引力势能公式m′mEp=-G.(2)r由(1)式可得12m′mEk=mv=G.(3)22r由(2)、3)两式可得卫星机械能表达式为:(m′mE=Ek+Ep=-G.2r此式就给出了机械能与r的关系,于是上述结论自明.2通讯卫星能否定点在北京上空?地面上“静止”的物体,因地球自转而做匀速圆周运动.图1中,置于地面A点的物体m(既不位于赤道,又不在两极),受地球万有引力F引和地面支持力FN作用,两力合力提供向心力,使物体以地球自转轴上的O′点为圆心做匀速圆周运动,其轨道圆与地球纬度线重合.物体可以定点在地面上任一点.受上述认识的影响,部分学生认为,同步卫星可以定点在北京上空.这是一知半解导致的错误认识.事实上两者区别明显,地面静止物体受两个力作用,其合力点指向O′,故绕O′点做匀速圆周运动.人造卫星只受一个力作用,该力(万有引力)指向地心,故卫星必须围绕地心做匀速圆周运动.不能定点在北京上空.图图1　　　　　　　　　　　　2利用图2可以进一步分析这个问题.欲使卫星m绕地球自转轴上的O′点做匀速圆周运动,可用地球引力F引的一个分力F1提供向心力,选择适当高度可使地球提供的F1等于卫星做圆周运动需要的向心力,但F引的另一个分力F2将使卫星沿南北方向来回振动.3人造卫星在椭圆轨道的两个对称位置上,为什么一做靠心运动,一做离心运动?图3为一卫星的椭圆轨道,P、为轨道上的两Q对称点.依据机械能守恒定律,卫星经过P、两位Q置时速率相等,为什么在P点做离心运动而在Q点却做靠心运动?图3所谓靠心、离心,现行教材有明确说明,系指物体原来做圆周运动,一旦合外力大于物体做圆周运动所需要的向心力,物体做靠心运动.反之,合外力突然消失或合外力小于物体做圆周运动所需要的向心力,物体做离心运动.图3中,卫星做椭圆运动,开始时并未做圆周运离心动,本无所谓靠心、.即使将靠心、离心概念推广,所谓“心”也只能是轨道的曲率中心,图3中O点就,不是P、处的曲率中心,故不能依据到O点距离的Q变化来判断靠心、离心.事实上,依据对称性,P、两Q点到O点距离相等,卫星经过该二位置时受到的万有引力大小相等,引力沿轨道法向分力(下转第45页)—43—物理教师第24卷第1期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.　2003年　　　　　　　　　　　　　　PHYSICSTEACHER　　　　　　　　　　　　　　　(2003)两个反相的左右环绕声道(实际还是单声道);对环绕声进行修饰,使之与前方主声道音色配合协调;增加超重低音放大输出;输出声道共6声道,即人们常说的5.1声道.通过以上的电路调整和声音处理,达到了较逼真的三维立体环绕声场,给人强烈的临场感.家用THX标准的建立,使人们可以获得比杜比定向逻辑系统更完美的声场效果,但其对音响、音乐软件、听音环境的刻苛要求又使得人们望而却步.该系统推广得并不理想.4杜比AC-3系统THX技术有许多优点,但环绕声仍是模拟的立体声是其一大缺陷.1991年日本先锋公司和杜比公司合作,成功研制成杜比数字环绕声系统(DolbySurroundDigital)即杜比AC-3(有些资料称为杜比数字,DolbyDigital),专利标记如图4,AC即AudioCompression的英文缩写,意为“音频压缩”.用AC-3表示是为了有别于广播系统的AC-1,区别于专业音响传输和存储系图4统的AC-2.杜比AC-3系统的建立,不再采用杜比定向逻辑4-2-4矩阵编码技术,用数码压缩编码技术将6个完全独立的声道进行数字化处理,使各声道分离度加大而相互独立,以获得更好的环绕声效果和真实的临场感.由于除超重低音外的其它5个声道均可发出全音域的宽频带声响(3Hz-20kHz),因此,观众可获得十分清晰的音乐细节.基于杜比AC-3的这些优点,1993年10月被正式定为美国高清晰度电视(HDTV)的音频编码、解码标准,美国最著名的八大电影公司全力支持杜比AC-3,并从1994年起录制的电影巨片都是按AC-3方式记录,1996年亚特兰大奥运会上就采用了杜比AC-3标准进行高清晰度电视转播.(上接第43页)大小相等,卫星运动的速率也相等,故卫星经过P、两点时Q要么都靠心,要么都离心.决不会一做靠心运动,一做离心运动.4　图4所示的卫星轨道中,在轨道对称轴上存在两个公共点P、相应卫Q.星经过该二点时线速度大小如何?三颗卫星的轨道经过图45数字影剧院DTS系统在杜比公司推出AC-3不久,美国加州DTS技术公司也推出另一种数字编码环绕声系统———数字影剧院系统(DigitalTheaterSystem),缩写为DTS,专利标记如图5.1993年《侏罗纪公园》首次用了DTS系统进行录制,它将图图5像记录在电影胶片上,声音录制在CD-ROM上,电影放映时,用一根电缆传送时间同步码给另一台双仓CD-ROM放音机,达到图像、声音的同步播出的效果.DTS数字声音采用英国音频处理技术公司的APT-100数码压缩技术,4∶的压缩比较杜比AC-3要小,声音1听起来自然些,也可实现全部6声道的数字化处理,除超重低音系统外是全音域放音,是一种比杜比AC-3更好的放音系统.只可惜目前符合技术规格的音乐软件较少.6结束语就目前市场上的碟片而言,真正具有记载杜比AC-3,DTS的正版DVD不多,且价格也较贵,且在播放时,还要有经过认证的AV功放作支持;而普通的VCD碟片无法记载上述两种声音信号.不论何种音响系统,不论采用何种声音记录方式,人们的目的是真实地还原声音,以获得逼真的声场效果.我们有理由相信,随着科学技术手段的不断进步,将会涌现出更多的声音编码、解码记录方式.参考文献1顾福林.浅谈杜比环绕和家庭影院.音响技术,1997,(2).2李瑞麟.正确认识立体声,杜比环绕声,THX及AC-3.音响技术,1998,(3).3陈俊文.定向逻辑纵横谈.家电大视野,1999,(12).(收稿日期:2002-04-12)ⅢP点.轨道Ⅰ、是椭圆,轨道Ⅱ是圆.P点是卫星Ⅰ轨道的远地点,是卫星Ⅲ轨道的近地点.三卫星经过P点时,地球对其万有引力分别大于、等于、小于它们做匀速圆周运动所需的向心力,即m′mv12m′mv22m′mv32G2>m,G2=m,G2

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