教科版必修2 第三章4 人造卫星　宇宙速度 课件（32张）.ppt

4人造卫星宇宙速度 第三章万有引力定律 学习目标1 认识人造卫星的有关知识及其运动规律 2 理解人造卫星的发射原理及宇宙速度推导 3 结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量 第三章万有引力定律 一 人造卫星1 卫星是一些自然的或人工的在太空中绕 运动的物体 2 人造卫星用于通信 导航 收集气象数据和其他许多领域内的科学研究 二 宇宙速度1 第一宇宙速度 使卫星能环绕地球运行所需的 发射速度 其大小为v1 km s 又称环绕速度 行星 最小 7 9 2 第二宇宙速度 使人造卫星脱离 的引力束缚 不再绕 运行 从 表面发射所需的最小速度 其大小为v2 km s 又称脱离速度 3 第三宇宙速度 使物体脱离 的束缚而飞离太阳系 从地球表面发射所需的最小速度 其大小为v3 km s 也叫逃逸速度 地球 地球 地球 11 2 太阳 16 7 想一想 如果要发射一个火星探测器 试问这个探测器将大体以多大的速度从地球上发射 提示 火星探测器绕火星运动 脱离了地球的束缚 但没有挣脱太阳的束缚 因此它的发射速度应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间 即11 2km s v 16 7km s 对宇宙速度的理解 学案导引1 在地面上发射卫星至少需多大的速度 2 在越高的轨道所需的发射速度和运行速度变化是否一致 特别提醒 1 第一宇宙速度是最大运行速度 也是最小发射速度 2 三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度 2014 衡水高一检测 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体 经时间t后 物体以速率v落回手中 已知该星球的半径为r 求该星球上的第一宇宙速度 方法总结根据匀变速运动规律求解重力加速度 再根据重力提供向心力求解第一宇宙速度 c 人造地球卫星 学案导引1 所有的卫星都绕地球的哪一点转动 为什么 2 在人造卫星上可以用天平称物体的质量吗 1 人造卫星的轨道卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对它的万有引力充当向心力 地球对卫星的万有引力指向地心 而做匀速圆周运动的物体的向心力则时刻指向它做圆周运动的圆心 因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合 而这样的轨道有多种 其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道 当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨道 只要圆心在地心 就可能是卫星绕地球运行的圆轨道 如图所示 2 人造卫星的超重与失重 1 人造卫星在发射升空时 有一段加速运动 在返回地面时 有一段减速运动 这两个过程中加速度方向都向上 因而都是超重状态 2 人造卫星在沿圆轨道运行时 由于万有引力提供向心力 所以处于完全失重状态 在这种情况下 凡是与重力有关的力学现象都会停止发生 特别提醒 1 在处理卫星的v t与半径r的关系问题时 常用公式 gr2 gm 来替换出地球的质量m 会使问题解决起来更方便 2 卫星从低轨道升至高轨道时需要加速 万有引力小于向心力 做离心运动 2 2013 高考广东卷 如图 甲 乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为m和2m的行星做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 甲的向心加速度比乙的小b 甲的运行周期比乙的小c 甲的角速度比乙的大d 甲的线速度比乙的大 学案导引1 在成都看同步卫星 同步卫星在动吗 2 为什么同步卫星都在赤道平面上空 地球同步卫星 1 概念相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星 又叫通信卫星 2 特点 1 同步卫星的运行方向与地球自转方向一致 2 同步卫星的运转周期与地球自转周期相同 t 24h 3 同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度 4 同步卫星的轨道平面必须与赤道平面平行 又由于向心力是万有引力提供的 万有引力必须在轨道平面上 所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上 即所有的同步卫星都在赤道的正上方 特别提醒 1 所有同步卫星的周期t 轨道半径r 环绕速度v 角速度 及向心加速度a的大小均相同 2 所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆 它们都在同一轨道上运动且都相对静止 bc 3 2014 东城高一检测 我国在西昌卫星发射中心用 长征三号乙 运载火箭 成功地将 中星2a 地球同步卫星送入太空 为我国广大用户提供广播电视及宽带多媒体等传播业务 下列关于地球同步卫星的说法中正确的是 a 可以定点在北京的正上方 离地心的距离按需要选择不同的值b 只能定点在赤道的正上方 且离地心的距离是一定的c 运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间d 质量不同的地球同步卫星 运行速度不同 b 卫星变轨问题 范例 探月卫星沿地月转移轨道到达月球 在距月球表面200km的p点进行第一次 刹车制动 后被月球捕获 进入椭圆轨道 绕月飞行 如图所示 之后 卫星在p点经过几次 刹车制动 最终在距月球表面200km的圆形轨道 上绕月球做匀速圆周运动 用t1 t2 t3分别表示卫星在椭圆轨道 和圆形轨道 上运动的周期 用a1 a2 a3分别表示卫星沿三个轨道运动到p点的加速度 v1 v2 v3分别表示卫星沿三个轨道运动到p点的速度 用f1 f2 f3分别表示卫星沿三个轨道运动到p点时受到的万有引力 则下面关系式中正确的是 a a1 a2 a3b v1 v2 v3c t1 t2 t3d f1 f2 f3 审题指导 本题考查天体运动的加速度 速度 周期与万有引力的关系 根据牛顿第二定律求解加速度 由题意得知速度关系 用开普勒定律求解周期关系 解析 卫星从 轨道的p处制动后进入 轨道 在 轨道的p处再制动 最后进入 轨道 故有v1 v2 v3 选项b错误 在不同轨道的p处 卫星受到的万有引力相同 根据牛顿第二定律可知加速度相同 选项a错误 选项d正确 根据开普勒第三定律可知 卫星在不同轨道上绕月球运动时的周期的平方与轨道半长轴的三次方之比相同 显