【红对勾】高考物理复习 45人造卫星　宇宙速度课件.ppt

课时5人造卫星宇宙速度 梳理知识突破难点 课前自主学习 要点深化 1 三个近似近地卫星贴近地球表面运行 可近似认为做匀速圆周运动的半径等于地球半径 在地球表面随地球一起自转的物体可近似认为其重力等于地球对它的万有引力 天体的运动轨道可近似看作圆轨道 注意 1 a v t是相互联系的 其中一个量发生变化 其他各量也随之发生变化 2 a v t皆与卫星的质量无关 只由轨道半径r和中心天体的质量m决定 3 人造卫星的轨道圆心一定与地心重合 基础自测 在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星 它到地面的距离等于地球半径r 地面上的重力加速度为g 则 答案 bd 知识回顾 1 第一宇宙速度 环绕速度 指人造卫星近地环绕速度 它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度 是人造卫星的最小发射速度 其大小为v1 7 9km s 2 第二宇宙速度 脱离速度 在地面上发射物体 使之能够脱离地球的引力作用 成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度 其大小为v2 11 2km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 在地面上发射物体 使之能够脱离太阳的引力范围 飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度 其大小为v3 16 7km s 要点深化 1 第一宇宙速度的理解和推导由于在人造卫星的发射过程中 火箭要克服地球的引力做功 所以将卫星发射到离地球越远的轨道 在地面上所需的发射速度就越大 故人造卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行 此时发射时的动能全部转化为绕行的动能而不需要转化为重力势能 根据论述可推导如下 注意 1 三个宇宙速度指的是发射速度 不能理解成运行速度 2 第一宇宙速度既是最小发射速度 又是最大运行速度 基础自测 1990年5月 中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2752号小行星命名为吴健雄星 其直径2r 32km 如该小行星的密度和地球的密度相同 则对该小行星而言 第一宇宙速度为多少 已知地球半径r0 6400km 地球的第一宇宙速度v1 8km s 答案 20m s 知识回顾 概念 相对地面静止的卫星称为同步卫星 基本特征 周期为地球自转周期t 24 h 轨道在赤道平面内 运动的角速度与地球的自转角速度相同 高度h一定 轨道和地球赤道为共面同心圆 卫星运行速度一定 注意 1 一般卫星的周期 线速度等可比同步卫星大 也可比同步卫星小 但线速度不超过v 7 9km s 2 一般卫星的轨道是任意的 同步卫星的轨道在赤道平面内 但无论是一般卫星还是同步卫星 其轨道平面一定通过地球的球心 基础自测 2009年4月15日零时16分 我国在西昌卫星发射中心用 长征三号丙 运载火箭 成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道 这次发射的北斗导航卫星 是中国北斗卫星导航系统建设计划中的第二颗组网卫星 是地球同步静止轨道卫星 该卫星在预定轨道正常运行时 下列说法正确的是 a 它一定位于赤道的上空b 它可能经过北京上空c 其周期为1个月d 它的线速度大于7900m s 解析 根据题意可知 该卫星为地球同步卫星 其周期为24小时 所以该卫星一定位于赤道的上空 不可能经过北京上空 它的线速度一定小于第一宇宙速度 7900m s 所以只有选项a正确 答案 a 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例1 有两颗人造卫星 都绕地球做匀速圆周运动 已知它们的轨道半径之比r1 r2 4 1 求这两颗卫星的 1 线速度之比 2 角速度之比 3 周期之比 4 向心加速度之比 答案 1 1 2 2 1 8 3 8 1 4 1 16 题后反思关于圆周运动在天文学中的应用问题 只要列出圆周运动的向心力等于地球对卫星的万有引力 然后利用圆周运动知识就可以求解 变式1 1如图1所示 在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星a b c 在某一时刻恰好在同一直线上 下列说法正确的有 解析 对于卫星 轨道越高 线速度越小 因为ravb vc 轨道越高 向心加速度越小 aa ab ac ta tb tc 向心力不能判定 因为质量不知道 答案 cd 例2 金星的半径是地球的0 95倍 质量为地球的0 82倍 金星表面的自由落体加速度是多大 金星的第一宇宙速度是多大 地球表面的重力加速度g为9 8m s2 地球的第一宇宙速度为7 9km s 答案 8 9m s27 3km s 题后反思只有准确理解了第一宇宙速度的概念 才能找到此题的切入点 以某星球为背景 在该星球上做相关的物理实验是高考试题的一种新趋势 处理时最好把该星球理解为熟知的地球 以便 身临其境 这样会更容易理解 思考问题 从而找出正确的解题方法 变式2 1某星球的质量为m 在该星球表面某一倾角为 的山坡上以初速度v0平抛一个物体 经t时间该物体落到山坡上 欲使该物体不再落回该星球的表面 至少应以多大的速度抛出物体 不计一切阻力 万有引力常量为g 例3 神舟 六号飞船的成功飞行为我国在2010年实现探月计划 嫦娥工程 获得了宝贵的经验 假设月球半径为r 月球表面的重力加速度为g0 飞船在距月球表面高度为3r的圆形轨道 运动 到达轨道的a点时点火变轨进入椭圆轨道 到达轨道的近月点b再次点火进入月球近月轨道 绕月球做圆周运动 求 1 飞船在轨道 上的运行速率 2 飞船在a点处点火时 动能如何变化 3 飞船在轨道 绕月球运行一周所需的时间 a 在轨道 上经过a的速度小于经过b的速度b 在轨道 上经过a的动能小于在轨道 上经过a的动能c 在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期d 在轨道 上经过a的加速度小于在轨道 上经过a的加速度 答案 abc 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 1 2011 全国 我国 嫦娥一号 探月卫星发射后 先在 24小时轨道 上绕地球运行 即绕地球一圈需要24小时 然后 经过两次变轨依次到达 48小时轨道 和 72小时轨道 最后奔向月球 如果按圆形轨道计算 并忽略卫星质量的变化 则在每次变轨完成后与变轨前相比 a 卫星动能增大 引力势能减小b 卫星动能增大 引力势能增大c 卫星动能减小 引力势能减小d 卫星动能减小 引力势能增大 答案 d 2 2011 山东理综 甲 乙为两颗地球卫星 其中甲为地球同步卫星 乙的运行高度低于甲的运行高度 两卫星轨道均可视为圆轨道 以下判断正确的是 a 甲的周期大于乙的周期b 乙的速度大于第一宇宙速度c 甲的加速度小于乙的加速度d 甲在运行时能经过北极的正上方 答案 ac 3 2011 北京理综 由于通讯和广播等方面的需要 许多国家发射了地球同步轨道卫星 这些卫星的 a 质量可以不同b 轨道半径可以不同c 轨道平面可以不同d 速率可以不同 答案 a 4 2011 海南单科 2011年4月10日 我国成功发射第8颗北斗导航卫星 建成以后北斗导航卫星系统将包含多颗地球同步卫星 这有助于减少我国对gps导航系统的依赖 gps由运行周期为12小时的卫星群组成 设北斗导航系统的同步卫星和gps导航卫星的轨道半径分别为r1和r2 向心加速度分别为a1和a2 则r1 r2 a1 a2 可用根式表示 5 一组宇航员乘航天飞机 去修理位于离地球表面6 0 105m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜h 机组人员使航天飞机s进入与h相同的轨道并关闭推动火箭 而望远镜则在航天飞机前方数千米处 如图4所示 设g为引力常量 而me为地球质量 已知地球半径为6 4 106m 1 在航天飞机内 质量为70kg的宇航员的视重是多少 2 计算轨道上的重力加速度的值 计算航天飞机在