高中物理 第3章 第4节 人造卫星 宇宙速度精品课件 教科版必修2.ppt

第4节人造卫星宇宙速度 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第4节 课前自主学案 课标定位 课标定位 应用 1 结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量 2 同步卫星的特点及其应用 理解 1 人造卫星的发射原理及宇宙速度推导 2 人造卫星的线速度 角速度 周期与轨道半径的关系 认识 1 人造卫星的有关知识及其运动规律 2 三个宇宙速度的含义 课前自主学案 一 人造卫星1 卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体 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 又称环绕速度 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 又称脱离速度 3 第三宇宙速度 使物体脱离太阳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 也叫逃逸速度 最小 7 9km s 地球 地球 地球 11 2km s 16 7km s 思考感悟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 核心要点突破 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于第一宇宙速度 下列说法正确的是 a 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度b 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度c 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度d 它是卫星在椭圆轨道上运行时在远地点的速度解析 选bc 如果卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度等于第一宇宙速度 那么它将做匀速圆周运动 不会做椭圆运动 二 人造地球卫星1 图3 4 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3 4 1所示 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 由于卫星在轨道上运动时 它受到的万有引力全部提供了向心力 产生了向心加速度 因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 我们国家在1986年成功发射了一颗实用地球同步卫星 从1999年至今已几次将 神舟 号宇宙飞船送入太空 在某次实验中 飞船在空中飞行了36h 环绕地球24圈 那么 同步卫星与飞船在轨道上正常运转相比较 a 卫星运转周期比飞船大b 卫星运转速率比飞船大c 卫星运转加速度比飞船大d 卫星离地高度比飞船大解析 选ad 根据飞船36h 环绕地球24圈 可知飞船的周期小于同步卫星的周期 根据万有引力提供向心力 可知a d正确 三 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 关于地球的同步卫星下列说法正确的是 a 所有地球的同步卫星一定位于赤道的正上方 但不一定在同一个圆周上b 所有地球的同步卫星离地面的高度相同 但不一定位于赤道的正上方c 所有地球的同步卫星的向心加速度 线速度 角速度 周期一定相等d 所有地球的同步卫星的向心加速度大小相等 解析 选d 所有同步卫星都位于地球赤道的正上方的同一个圆周轨道上 显然选项a b是不对的 又因向心加速度 线速度为矢量 尽管所有的同步卫星的向心加速度的大小 线速度的大小 角速度和周期都相等 但是向心加速度和线速度的方向不相同 因此选项c也不对 只有选项d正确 课堂互动讲练 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体 经时间t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 思路点拨 第一宇宙速度是环绕星球表面运行的速度 即对应的轨道半径为该星球的半径 且重力就等于星球对其的万有引力 变式训练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 此行星的第一宇宙速度约为 a 16km sb 32km sc 4km sd 2km s 图3 4 2 思路点拨 在人造卫星运动过程中 万有引力提供了所需的向心力 由此根据牛顿定律列出方程来判断 答案 c 变式训练2 2011年高考山东理综卷 甲