高考物理总复习 第一单元 第2课 人造卫星 宇宙速度课件.ppt

第一单元万有引力定律及其应用第2课人造卫星宇宙速度 第五章万有引力定律及其应用 知能要求与高考展望 1 掌握人造地球卫星 通讯卫星的发射和运行规律 掌握地球同步卫星及第一 二 三宇宙速度的概念及数值 2 高考对该部分考查题型全面 注意与航天技术的联系 课前自修 1 基本特征 把卫星的运动看成是 运动 其所需的向心力由 提供 2 基本公式 g ma 3 第一宇宙速度 环绕速度 是人造卫星在地面附近环绕地球做圆周运动的速度 是环绕地球做圆周运动的最大速度 也是人造卫星的最小发射速度 v 万有引力 匀速圆周 m 2r 7 9km s 4 第二宇宙速度 脱离速度 v 是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 5 第三宇宙速度 逃逸速度 v 是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 6 地球同步卫星有 四定 1 所有同步卫星的轨道平面一定和地球的 平面重合 2 所有同步卫星转动的周期一定与地球的 相同 3 所有同步卫星离地面的 一定 4 所有同步卫星离地面的 一定 速度v 11 2km s 16 7km s 赤道 自转周期 高度h 重难突破 1 卫星 三个近似 1 近地卫星可近似认为做匀速圆周运动的半径等于地球的半径 2 发射前 在地球表面的卫星可近似认为其重力等于地球对它的万有引力 3 卫星运动的轨道可近似看作是圆轨道 2 卫星绕地球运行的向心加速度a 线速度v 角速度 周期t与半径r的关系 注意 1 a v t均与卫星的质量无关 只由轨道半径r和地球的质量m决定 2 所有卫星的轨道圆心一定与地心重合 3 明确 三同 a v 一异 t 3 解决卫星运行问题的基本思路 1 万有引力提供卫星运行所需的向心力 有 应用时要根据实际情况选用适当的公式列式计算 2 在地面或地面附近的物体所受的重力等于地球对它的万有引力 有g mg 所以gr2 gm 在不知地球质量的情况下gm可由gr2来表示 此式在天体运动问题中经常应用 称为黄金代换 此式也适用于其他星球表面 4 区别运行速度和发射速度 1 运行速度 运行速度是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度 2 发射速度 发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度 虽然轨道越高的卫星运行速度越小 但由于轨道越高的卫星总机械能越大 发射过程中克服引力做的功越多 需要的发射速度就越大 注意 1 第一宇宙速度既是最小发射速度 又是卫星的最大运行速度 2 第二 三宇宙速度指的均是发射速度 5 卫星变轨问题在卫星发射和回收的过程中卫星轨道要发生变化 那么 卫星在变轨的过程中 在关键点上其线速度是怎样变化的呢 如上图所示 在发射卫星的过程中 卫星从地面某发射中心发射直接进入近地轨道 以v1的速度运行稳定一段时间 然后在a点通过瞬间增大卫星速度至v2 使其所需向心力大于万有引力而做离心运动 进入椭圆轨道 运行过程中 由于万有引力做负功 其速度在减小 至b点时速度减小为v3 因其向心力小于万有引力而顺着轨道 被拉回 在轨道 运行几周后 在b点又突然增大卫星速度至v4 使其向心力等于万有引力 这样便进入轨道 做匀速圆周运动 因v2 v1 v1 v4 v4 v3 由此得到 v2 v1 v4 v3 卫星回收过程则与发射过程速度的调节相反 同学们可自行讨论 题型探究 题型一 人造地球卫星的运动参量与轨道半径的关系问题 例1 2011 佛山市二模 我国发射 天宫一号 目标飞行器 并发射 神舟八号 飞船与其实现太空对接 假设t代表 天宫一号 s代表 神舟八号 它们绕地球做匀速圆周运动的方向及轨道如图所示 则 a t的向心加速度大于s的向心加速度b t的速率大于s的速率c t的周期大于s的周期d s须加速后才能与t实现对接 审题突破 本题考查人造地球卫星的向心加速度 线速度 周期与轨道半径的关系问题 运用 三同一异 便能作出正确的判断 解析 根据万有引力提供卫星运行的向心力列式 可得到 由此可知r越大 a v 都越小 而t越大 对照这些关系可知a b项错误 c项正确 由于卫星加速时万有引力小于向心力而做离心运动 故s须加速后才能与t实现对接 故d正确 答案 cd 方法点窍 根据卫星的动力关系 确定卫星的运行参量与其半径的 三同 a v 一异 t 的定量关系 再对照这一关系对试题作出正确的判断 题型二 求天体的第一宇宙速度问题 例2 若取地球的第一宇宙速度为8km s 某行星的质量是地球质量的6倍 半径是地球的1 5倍 这颗行星的第一宇宙速度为 a 2km sb 4km sc 16km sd 32km s 审题突破 本题考查地球之外其他天体的第一宇宙速度 要采用对比法解题 方法点窍 第一宇宙速度是指卫星的最大运行速度 即低空运行的速度 故取天体的半径列式 列式依据为万有引力等于向心力 借助中心天体的质量及其半径确定出这个速度 有时也可直接采用mg m 得 通过此式也能进行对比和计算 题型三 研究航天器变轨的问题 例3 2012 山东理综 2011年11月3日 神舟八号 飞船与 天宫一号 目标飞行器成功实施了首次交会对接 任务完成后 天宫一号 经变轨升到更高的轨道 等待与 神舟九号 交会对接 变轨前和变轨完成后 天宫一号 的运行轨道均可视为圆轨道 对应的轨道半径分别为r1 r2 线速度大小分别为v1 v2 则等于 审题突破 本题中变轨前和变轨完成后 天宫一号 的运行轨道均可视为圆轨道 可由万有引力提供向心力求解 解析 天宫一号 变轨前后都是地球的卫星 都由地球对它的万有引力充当向心力 由得 所以 故b正确 答案 b 方法点窍 只要是卫星绕中心天体做匀速圆周运动 均可由万有引力提供向心力求解 例4 天宫一号 被长征二号火箭发射后 准确进入预定轨道 如图所示 天宫一号 在轨道1上运行4周后 在q点开启发动机短时间加速 关闭发动机后 天宫一号 沿椭圆轨道2运行到达p点 开启发动机再次加速 进入轨道3绕地球做圆周运动 天宫一号 在图示轨道2 3上正常运行时 下列说法正确的是 a 天空一号 在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率b 天宫一号 在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度c 天宫一号 在轨道1上经过q点的加速度大于它在轨道2上经过q点的加速度d 天宫一号 在轨道2上经过p点的加速度等于它在轨道3上经过p点的加速度 审题突破 本题考查卫星变轨的问题 要明确变轨过程中万有引力做功对其速度大小的影响 解析 据 可知v3 v1 选项a错误 据可知 3 1 选项b错误 加速度与万有引力大小有关 r相同 则a相同 与轨道无关 选项c错误 选项d正确 答案 d 方法点窍 比较卫星的加速度 应该由牛顿第二定律 找出卫星受的合力 即卫星受的万有引力来比较加速度的大小 随堂训练 1 关于地球的第一宇宙速度 下列表述中正确的是 a 第一宇宙速度又叫环绕速度b 第一宇宙速度又叫脱离速度c 第一宇宙速度跟地球的质量无关d 第一宇宙速度跟地球的半径无关 错解 错选c 用v 来判断 不知g 即由地球的质量来决定 答案 a 2 太空航行的废弃物就是太空垃圾 太空垃圾会影响太空环境 假定有甲 乙两个废弃物 绕地球运动的轨道都是圆 甲的运行速率比乙的大 则 a 甲的向心力一定比乙的小b 甲距地面的高度一定比乙的高c 甲的加速度一定比乙的大d 甲的运行周期一定比乙的长 错解 1 错选a 题目没有给出甲 乙的质量 故不能确定a 2 错选b d 不明确 三同一异 中 a v 随 r 增大而减小 t 随 r 增大而增大 答案 c 3 如图 一卫星在轨道 上做匀速圆周运动 运动至a点时 瞬间减速 不计一切阻力 下列说法中正确的是 a 卫星将远离地