《飞出地球去 》课件2-1

5.4飞出地球去（一）,学习目标定位,知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.,了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系,了解我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情.,知识储备区,一、17.9km/s,211.2km/s3.16.7km/s,二、前苏联美国阿姆斯特朗“东方红”1号杨利伟火星,学习探究区,一、三个宇宙速度,二、人造地球卫星的运动特点,三、同步卫星,一、宇宙速度,问题设计,牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星据此思考并讨论以下问题：,答案当抛出速度较小时，物体做平抛运动当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动,(1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？,一、宇宙速度,问题设计,(2)若地球的质量为M，物体到地心的距离为r，引力常量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度若物体紧贴地面飞行，其速度大小为多少？(已知地球半径R6400km，地球质量M5.981024kg),万有引力提供向心力,物体做匀速圆周运动,答案,解得,Rr,要点提炼,宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度,1第一宇宙速度v7.9km/s(1)推导,方法一：由得,方法二：由得,(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的发射速度,绕地球做匀速圆周运动的运行速度,最小,最大,要点提炼,宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度,2第一宇宙速度vkm/s，是从地面上发射物体并使之脱离束缚的发射速度，又称脱离速度,11.2,地球,最小,3第一宇宙速度vkm/s，是从地面上发射物体并使之脱离束缚的发射速度，又称逃逸速度,16.7,太阳,最小,二、人造地球卫星的运动特点,如图所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上b、c的圆心与地心重合，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据此思考并讨论以下问题：,问题设计,(1)三条轨道中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？,答案b、c轨道都可以，a轨道不可以,万有引力提供向心力,地心为圆心,万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b、c轨道都可以。,二、人造地球卫星的运动特点,如图所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上b、c的圆心与地心重合，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据此思考并讨论以下问题：,问题设计,(2)卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系,答案,万有引力提供向心力,地心为圆心,所以,1所有卫星的轨道平面过,要点提炼,地心,2卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系，根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：,mam2rmr,(1)a，r越大，a越,(2)v，r越大，v越,(3)，r越大，越,(4)T，r越大，T越,小,小,小,大,三、同步卫星,问题设计,同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，和地球自转具有相同的周期，即T24h已知地球的质量M61024kg，地球半径R6400km，引力常量G6.671011Nm2/kg2.请根据以上信息以及所学知识探究：,找找哪一颗是同步卫星,(1)同步卫星所处的轨道平面,答案只有在赤道上方，相对地球静止的卫星，才是同步卫星,万有引力提供向心力,三、同步卫星,问题设计,同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，和地球自转具有相同的周期，即T24h已知地球的质量M61024kg，地球半径R6400km，引力常量G6.671011Nm2/kg2.请根据以上信息以及所学知识探究：,(2)同步卫星的离地高度h.,答案,找找哪一颗是同步卫星,代入数据得：h3.6107m,1定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内,要点提炼,2定周期：运转周期与地球自转周期相同，T24h.,3定高度(半径)：离地面高度为36000km.,4定速率：运行速率为3.1103m/s.,一、宇宙速度的理解,典例精析,例1我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A0.4km/sB1.8km/sC11km/sD.36km/s,B,例2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的大小,典例精析,解析据匀变速的规律，该星球表面的重力加速度,由牛顿第二定律:,一、宇宙速度的理解,星球的第一宇宙速度:,思路分析,二、人造卫星的运动规律,例3如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则()Ab所需向心力最小Bb、c的周期相等且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等，且小于a的线速度,典例精析,ABD,三、对同步卫星规律的理解及应用,例4我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是()A运行速度大于7.9km/sB离地面高度一定，相对地面静止C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等,典例精析,近地卫星的速度,三、对同步卫星规律的理解及应用,例4我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是()A运行速度大于7.9km/sB离地面高度一定，相对地面静止C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等,典例精析,近地卫星的速度,BC,课堂要点小结,飞出地球去,最小发射速度（最大环绕速度）,v7.9km/s,求法：地面附近，万有引力提供向心力,v11.2km/s,v16.7km/s,向心加速度、线速度、角速度、周期随轨道半径的变化规律,五个一定(线速度、角速度、周期、离地高度、轨道平面一定),自我检测区,1,2,3,1(对宇宙速度的理解)恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”中子星中子星的半径较小，一般在720km，但它的密度大得惊人若某中子星的半径为10km，密度为1.21017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为()A6.0km/sB3.0102km/sC3.0103km/sD6.0104km/s,1,2,3,建模：,D,中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度,2(人造卫星运动的规律)人造卫星环绕地球运行的速率v，其中g为地面处的重力加速度，R为地球半径，r为卫星离地球中心的距离下列说法正确的是()A从公式可见，环绕速度与轨道半径的平方根成反比B从公式可见，把人造卫星发射到越远的地方越容易C由第一宇宙速度公式v知卫星轨道半径越大，其运行速度越大D以上答案都不对,1,2,3,R为地球半径，而非轨道半径,1,2,3,3(人造卫星运动的规律)如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是()A根据v可知，运行速度满足vAvBvCB运转角速度满足ABCC向心加速度满足aAaBaCD运动一周后，A最先回到图示位置,5.4飞出地球去（二）,学习目标定位,掌握解决天体运动问题的思路和方法.,理解赤道物体、同步卫星和近地卫星的区别,会分析卫星(或飞船)的变轨问题.,掌握双星的运动特点及其问题的分析方法.,知识储备区,一、1质量m1和m2的乘积距离r的二次方,二、1球体球体的半径卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径大于等于,2天体绕自身轴线运动一周所用的时间卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间不相等,学习探究区,一、分析天体运动问题的思路,二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较,三、人造卫星的变轨问题,四、双星问题,一、分析天体运动问题的思路,解决天体运动问题的基本思路,行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：,式中a是向心加速度,万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力：,可得v、T与半径r的关系,一、分析天体运动问题的思路,解决天体运动问题的基本思路,1.,万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力，可得v、T与半径r的关系,行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：,一、分析天体运动问题的思路,解决天体运动问题的基本思路,2.忽略自转mg，即物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力,此式两个用途：,黄金代换式GMgR2.,求星体表面的重力加速度，从而把万有引力定律与运动学公式结合解题,行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：,例1地球半径为R0，地面重力加速度为g，若卫星在距地面R0处做匀速圆周运动，则()A卫星速度为B卫星的角速度为C卫星的加速度为D卫星周期为2,AB,一、分析天体运动问题的思路,r=2R0,二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较,赤道上的物体、同步卫星和近地卫星都近似做匀速圆周运动，当比较它们的向心加速度、线速度及角速度(或周期)时，要注意找出它们的共同点，然后再比较各物理量的大小,1赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期，如同一圆盘上不同半径的两个点，由vr和a2r可分别判断线速度，向心加速度的关系,二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较,赤道上的物体、同步卫星和近地卫星都近似做匀速圆周运动，当比较它们的向心加速度、线速度及角速度(或周期)时，要注意找出它们的共同点，然后再比较各物理量的大小,2不同轨道上的卫星向心力来源相同，即万有引力提供向心力，由,可分别得到,故可以看出，轨道半径越大，a、v、越小，T越大,例2如图所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则()Av1v2v3Bv1v2v3Ca1a2a3Da1a3a2,二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较,p、q为卫星,e、q具有相同的角速度,例2如图所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则()Av1v2v3Bv1v2v3Ca1a2a3Da1a3a2,D,二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较,p、q为卫星,e、q具有相同的角速度,三、人造卫星的变轨问题,1卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时，成立,2卫星变轨时，是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r发生变化,(1)当人造卫星减速时，卫星所需的向心力F向减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁,(2)当人造卫星加速时，卫星所需的向心力F向增大，万有引力小于所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁,三、人造卫星的变轨问题,3卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度相同,4飞船对接：两飞船对接前应处于高、低不同的轨道上，目标船处于较高轨道，在较低轨道上运动的对接船通过合理地加速，做离心运动而追上目标船与其完成对接,例32013年5月2日凌晨0时06分，我国“中星11号”通信卫星发射成功“中星11号”是一颗地球同步卫星，它主要用于为亚太地区等区域用户提供商业通信服务图为发射过程的示意图，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，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是()A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的速度大于它在轨道2上经过Q点时的速度D卫星在轨道2上经过P点时的速度小于它在轨道3上经过P点时的速度,三、人造卫星的变轨问题,D,点火加速,点火加速,四、双星问题,1双星：两个离得比较近的天体，在彼此间的引力作用下绕两者连线上的一点做圆周运动，这样的两颗星组成的系统称为双星,2双星问题的特点,(1)两星的运动轨道为同心圆，圆心是它们之间连线上的某一点,(2)两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供,(3)两星的运动周期、角速度相同,(4)两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r1r2L,3双星问题的处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，即,4双星问题的两个结论：,(1)运动半径：m1r1m2r2,(2)质量之和：m1m2,例4宇宙中两个相距较近的天体称为“双星”，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，但两者不会因万有引力的作用而吸引到一起设两者的质量分别为m1和m2，两者相距为L.求：(1)双星的轨道半径之比；(2)双星的线速度之比；(3)双星的角速度,四、双星问题,相同,解析由万有引力提供向心力，有,(1)两式相除，得,解析：,例4宇宙中两个相距较近的天体称为“双星”，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，但两者不会因万有引力的作用而吸引到一起设两者的质量分别为m1和m2，两者相距为L.求：(1)双星的轨道半径之比；(2)双星的线速度之比；(3)双星的角速度,四、双星问题,相同,解析由万有引力提供向心力，有,(2)vR，,得,解析：,例4宇宙中两个相距较近的天体称为“双星”，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，但两者不会因万有引力的作用而吸引到一起设两者的质量分别为m1和m2，两者相距为L.求：(1)双星的轨道半径之比；(2)双星的线速度之比；(3)双星的角速度,四、双星问题,相同,解析由万有引力提供向心力，有,(3),联立,解析：,自我检测区,1,2,3,1(赤道物体、同步卫星和近地卫星的区别)地球同步卫星的距离为r，运行速度为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则以下正确的是()A.B.C.D.,1,2,3,建模：,近地轨道,同步轨道,赤道,p、q为卫星,e、q具有相同的角速度,解析：,2(人造卫星的变轨问题)2013年12月2日，肩负着“落月”和“勘察”重任的“嫦娥三号”沿地月转移轨道直奔月球，在距月球表面100km的P点进行第一次制动后被月球捕获，进入椭圆轨道绕月飞行，之后，卫星在P点又经过第二次“刹车制动”，进入距月球表面100km的圆形工作轨道，绕月球做匀速圆周运动，在经过P点时会再一次“刹车制动”进入近月点距地球15公里的椭圆轨道，然后择