高中物理 宇宙航行习题课件 新人教版必修2.ppt

宇宙航行 复习课 InterplanetaryFlight 苍山四中高一物理组闫明春 内容 一 理解计算第一宇宙速度 二 卫星的线速度大小 角速度大小 周期与轨道半径大小的关系 同步卫星的特点 三 卫星变轨问题 知识点1 宇宙速度 美国有部电影叫 光速侠 是说一个叫DanielLight的家伙在一次事故后 发现自己拥有了能以光速奔跑的能力 根据所学物理知识分析 如果光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人 可能实现吗 图6 5 1 提示 不可能实现 当人或物体以大于第一宇宙速度的速度在地表运动时 会脱离地表 到达外太空 即在地表运动的速度不能超过7 9km s 一 思考 若地球质量未知 而知道地球表面的重力加速度g 9 8m s2 地球半径R 6400km 能否求出第一宇宙速度 1 第一宇宙速度 表达式为 或 大小为 它是卫星最大的环绕速度 也是卫星最小的发射速度 环绕速度 指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度 2 第二宇宙速度 也叫脱离速度 大小为 它表示当发射速度等于或大于此速度时 物体就会克服地球的引力 永远离开地球 16 7km s 3 第三宇宙速度 也叫逃逸速度 大小为 它表示当发射速度等于或大于此速度时 物体就会挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系外 7 9km s 11 2km s 例1 若取地球的第一宇宙速度为8km s 某行星的质量是地球的6倍 半径是地球的1 5倍 这行星的第一宇宙速 度约为 A 16km sB 32km sC 4km sD 2km s 答案 A 探究 已知 地球质量M 半径R 卫星距地面高度h 引力常量G 探究卫星的v T与高度h的关系 二 人造地球卫星 地球 动画演示 第5节宇宙航行 高轨低速长周期 T v 与轨道半径r大小关系 自己推导三量与轨道半径关系式 原理 人造卫星绕地球转动的向心力等于地球对它的 万有引力 例2如图所示 a b c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星 a b质量相同且小于c的质量 下面说法中正确的是 A b c的线速度大小相等且大于a的线速度B b c的向心加速度相等且大于a的向心加速度C b c的周期相等且大于a的周期D b c的向心力相等且大于a的向心力 答案 C 思考 同步卫星的周期多大 轨道半径能否计算 那离地面的高度呢 同学们先推导公式 针对训练 3 同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星 则下面说法中正确的是 A 它可以在地面上任一点的正上方 且离地心的距离可按需要选择不同的数值B 它可以在地面上任一点的正上方 但离地心的距离是一定的C 它只能在赤道的正上方 但离地心的距离可按需要选择不同的数值D 它只能在赤道的正上方 且离地心的距离是一定的 总结 地球同步卫星 1 同步卫星 与地球同步转动 又称静止卫星 相对于地球 表面静止不动 或通信卫星 2 同步卫星的特点 周期T 角速度 与地球自转的周期和角速度相同 T 24h 轨道确定 因为 T与地球自转的 T相同 又在做匀速圆周运动 所以只能在赤道面上同地球自转同步 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星 同步卫星 月球三者比较 思考 人造卫星在低轨道上运行 要想让其在高轨道上运行 应采取什么措施 在低轨道上加速 使其沿椭圆轨道运行 当行至椭圆轨道的远点处时再次加速 即可使其沿高轨道运行 三 变轨问题 1 2 L 使卫星进入更高轨道做圆周运动 向高轨卫星的发射 卫星的回收 例3 如图所示 发射同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后经点火使其沿椭圆轨道2运行 最后再次点火将其送入同步圆轨道3 轨道1 2相切于P点 2 3相切于Q点 当卫星分别在1 2 3上正常运行时 以下说法正确的是 A 在轨道3上的速率大于1上的速率B 在轨道3上的角速度小于1上的角速度C 在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D 在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度 BD 嫦娥奔月 图 视频 16 例4 2007年10月24日 嫦娥一号 卫星星箭分离 卫星进入绕地轨道 在绕地运行时 要经过三次近地变轨 12小时椭圆轨道 24小时椭圆轨道 48小时椭圆轨道 修正轨道 地月转移轨道 11月5日11时 当卫星经过距月球表面高度为h的A点时 再经三次变轨 12小时椭圆轨道 3 5小时椭圆轨道 最后进入周期为T的极月圆轨道 如图所示 A 嫦娥一号 由 到 需加速 由 到 需减速B 发射 嫦娥一号 的速度必须达到第三宇宙速度C 在绕月圆轨道上 卫星周期与卫星质量有关D 卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比E 在绕月圆轨道上 卫星受地球的引力大于受月球的引力 发射 2 2007年10月24日 嫦娥一号 卫星星箭分离 卫星进入绕地轨道 在绕地运行时 要经过三次近地变轨 12小时椭圆轨道 24小时椭圆轨道 48小时椭圆轨道 修正轨道 地月转移轨道 11月5日11时 当卫星经过距月球表面高度为h的A点时 再经三次变轨 12小时椭圆轨道 3 5小时椭圆轨道 最后进入周期为T的极月圆轨道 如图所示 若月球半径为R 试写出月球表面重力加速度的表达式 发射 对接问题 宇宙飞船与空间站的对接 空间站实际上就是一个载有人的人造卫星 那么 地球上的人如何登到空间站 空间站上的人又如何返回地面 这些活动都需要通过宇宙飞船来完成 这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题 思考 能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上 再通过加速去追上空间站实现对接呢 不行 因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接 飞船首先在比空间站低的轨道运行 当运行到适当位置时 再加速运行到一个椭圆轨道 通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点 便可实现对接 如图所示 空间站 飞船 例5 在太空中有两飞行器a b 它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行 a在前b在后 它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机 现要想b尽快追上a并完成对接 b应采取的措施是 A 沿运动方向喷气B 先沿运动方向喷气 后运动沿反方向喷气C 沿运动反方向喷气D 先沿运动反方向喷气 后沿运动方向喷气 B 以下留给课下思考 F引 mg0 Fn 重力 万有引力与向心力的关系 F引 FN F引 FN 人造地球卫星 两极的物体 赤道上的物体 近地卫星 地球表面的物体 与地球具有相同的 即 即 14 15 例 设同步卫星离地心距离为r 运行速率为v1 加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为v2 地球半径为R 则 A B C D AD 1 在某行星上用弹簧来秤测量某一物体的重力 在赤道上测量的示数比在两极处测量的示数小1 10 若该行星一昼夜的运行时间为T 万有引力常量为G 则这颗行星的密度为多少 2 如果地球自转加快 地球赤道上物体的重量将发生怎样的变化 1 4小时 当自转周期等于多少时可使赤道上的物体飘起来 减小 连续物或卫星群的判断问题 例 根据观察 在土星外层有一个环带 该环带有星云等物质构成 为了判断环带是土星的连续物还是小卫星群 可测出环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系 从而加以确定 对此下列判断正确的是 A 若v与R成正比 则环带是连续物B 若v与R成正比 则环带是小卫星群C 若v与R成反比 则环带是连续物D 若v与R成反比 则环带是小卫星群 AD 双星 问题 双星 是由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成 对于其中一颗来说 另一颗就是