2019-2020学年高中物理 第6章 万有引力与航天 第5节 宇宙航行课件 新人教版必修2

第5节宇宙航行,学习目标1会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2认识同步卫星的特点。3了解我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。,一、人造地球卫星与宇宙速度1牛顿的设想如图651所示，当物体的_足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的_。,图651,初速度,人造地球卫星,匀速圆周,万有引力,3宇宙速度,匀速圆周运动,地球,太阳,最小,7.9,11.2,16.7,二、梦想成真1957年10月成功发射了第一颗人造卫星；1969年7月美国“阿波罗11号”登上；2003年10月15日我国航天员踏入太空。,苏联,月球,杨利伟,自主思考判一判1(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s。()(2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2km/sv16.7km/s。()(3)要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至少为16.7km/s。()(4)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7km/s。(),1第一宇宙速度(环绕速度)：是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度，v7.9km/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绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为11.2km/s。,考点一对三个宇宙速度的理解,3第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为16.7km/s。4第一宇宙速度的推导：设地球的质量为m5.981024kg，近地卫星的轨道半径等于地球半径r6.4106m，重力加速度g9.8m/s2。,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。,例1,点拨提升天体环绕速度的计算方法对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。,1如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。2如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算。,1(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是a第一宇宙速度v17.9km/s，第二宇宙速度v211.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2b美国发射的凤凰号火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度,变式训练,c第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度d第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度,星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项a错误；美国发射的凤凰号火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项b错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射速度，选项c正确。答案cd,2已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为a3.5km/sb5.0km/sc17.7km/sd35.2km/s,答案a,1人造地球卫星的轨道(1)椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上。(2)圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。,考点二人造地球卫星,(3)卫星的三种轨道：地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图652所示。,图652,2人造地球卫星的线速度v、角速度、周期t、加速度a与轨道半径r的关系如下：,由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小。3地球同步卫星(1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星。,(2)六个“一定”。同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，t24h。同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。,1(2018江苏)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动。与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是a周期b角速度c线速度d向心加速度,题组通关,答案a,2同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则a它可以在地面上任一点的正上方，且离地面的高度可按需要选择不同的值b它可以在地面上任一点的正上方，但离地面的高度是一定的c它只能在赤道的正上方，但离地面的高度可按需要选择不同的值d它只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的,解析同步卫星只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的，大约为地球半径的5.6倍，可以粗略记为6倍。答案d,(多选)如图653所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为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，则下列比值正确的是,考点三赤道物体、同步卫星和近地卫星转动的比较,例2,自主解答地球同步卫星：轨道半径为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体：轨道半径为r，随地球自转的向心加速度为a2；以第一宇宙速度运行的卫星为近地卫星，其轨道半径为r。,答案ad,规律总结同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较1相同点(1)都以地心为圆心做匀速圆周运动。(2)同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期和角速度