2018秋沪科版高中物理必修2课件：5.4　飞出地球去(共28张PPT)

1、5 5.4 4飞出地球去飞出地球去 自主阅读自我检测 一、人造地球卫星和宇宙速度 1.牛顿的设想 如图所示,当物体的速度足够大时,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“小月亮”。 自主阅读自我检测 3.宇宙速度 自主阅读自我检测 4.不同星球的第一宇宙速度是否相同?第一宇宙速度的决定因素 是什么? 5.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小? 提示:轨道越高,需要的发射速度越大。 二、为了和平和进步 1957年10月,苏联成功发射了第一颗人造卫星。 1969年7月,美国“阿波罗11号”登上月球。 2003年10月,我国航天员杨利伟踏入太空。 自主阅读自我检测

2、 1.正误辨析 (1)第一宇宙速度就是地球卫星的最大发射速度。 () (2)第一宇宙速度与地球质量和半径有关。 () (3)发射速度越大的卫星,其环绕速度会越小。 () (4)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。 () (5)同步卫星必须定在赤道平面上,但高度可以不相同。 () 答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主阅读自我检测 2.在轨道上运行的人造地球卫星,若卫星上的天线突然折断,则天线 将() A.做自由落体运动 B.做平抛运动 C.和卫星一起绕地球在同一轨道上运行 D.由于惯性沿轨道切线方向做直线运动 解析:卫星上折断的天线与卫星的线速度大小相同,由于折断的天 线距地心的距

3、离也不变化,所以它和卫星一起绕地球在同一轨道上 运行,仍然做匀速圆周运动,故C选项正确。 答案:C 自主阅读自我检测 3.在圆轨道上的质量为m的人造卫星,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。求卫星运动的线速度和运动周期T。 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 对宇宙速度的理解对宇宙速度的理解 美国的GPS定位导航系统已为人们所熟悉,卫星导航系统在军事、 科学研究、生活等方面有重要意义,为建立自己的导航系统,欧洲 正在研制“伽利略”导航系统,我国也正在开发“北斗二代”导航系统, 届时将改变美国在此领域一统天下的局面。各导航系统都是由多 颗卫星组成的,那么你知道以多大的

4、速度发射才能使其成为一颗绕 地球运行的卫星吗? 要点提示:大于第一宇宙速度。 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 1.第一宇宙速度 (1)理解:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动 必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。 (2)推导: 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 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v=11.2 km/s。 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范围,飞到太阳 系以外的宇宙空间所必需的最

5、小速度,其大小为v=16.7 km/s。 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 【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 为7.9 km/s,则该探月卫星绕月运行的速率约为() A.0.4 km/sB.1.8 km/s C.11 km/sD.36 km/s 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 解析:卫星所需的向心力由万有引力提供,则 答案:B 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 规律方法(1)宇宙速度是在地球表面的发射速度,而不是卫星在高 空中的运行速度。 (2)第一宇宙速度是卫星的最小发射速度,也

6、是所有人造地球卫星 做圆周运动的最大运行速度。 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 变式训练变式训练1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720 km,但它的密度 大得惊人。若某中子星的半径为10 km,密度为1.21017 kg/m3,那 么该中子星上的第一宇宙速度约为() A.6.0 km/sB.3.0102 km/s C.3.0103 km/sD.6.0104 km/s 解析:中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度, 代入数据得v6.0104 km/s,故选D。 答案:D 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 人造卫星的运

7、动规律人造卫星的运动规律 地球上空有数千颗人造地球卫星在运动,它们的高度、轨迹各异。 请思考:人造地球卫星做圆周运动的圆心一定是地球的球心吗? 要点提示:一定。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。 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 1.人造地球卫星的轨道 人造卫星的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道。 (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。 总之,地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度,但轨道 平面一定过地心。当轨道平面与赤道平面

8、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,如图所 示。 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 2.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”:如下表所示。 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 【例2】(2017全国3卷)2017年4月,我国成功发射的天舟一号货 运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组 合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号 单独运行时相比,组合体运行的() A.周期变大B.速率变大 C.动能变大D.向心加速

9、度变大 向心加速度大小均与天宫二号相同,A、B、D错;组合体的质量大 于天宫二号,而速率相同,故动能变大,C正确。 答案:C 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 规律方法求解人造卫星运动问题的技巧 (1)人造卫星的a向、v、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r 决定,当r确定后,卫星的a向、v、T便确定了,与卫星的质量、形 状等因素无关,当人造卫星的轨道半径r发生变化时,其an、v、T 都会随之改变。 (2)在处理人造卫星的an、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。 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 变式训练变式训练2

10、(多选)(2017江苏物理)天舟一号货运飞船于2017年4 月20日在文昌航天发射中心成功发射升空。与天宫二号空间实验 室对接前,天舟一号在距地面约380 km的圆轨道上飞行,则其() A.角速度小于地球自转角速度 B.线速度小于第一宇宙速度 C.周期小于地球自转周期 D.向心加速度小于地面的重力加速度 知识点一知识点二 问题导引知识归纳典例剖析 解析:天舟一号的轨道半径小于同步卫星轨道半径,角速度大于 同步卫星角速度,而同步卫星的角速度与地球自转角速度大小相同, 故天舟一号的角速度大于地球自转角速度,其周期小于地球自转周 期,选项C正确,A错;天舟一号轨道半径大于地球半径,则根据 答案:BC

11、D 1234 1.关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,以下判断正确的是( ) A.同一轨道上,质量大的卫星线速度大 B.同一轨道上,质量大的卫星向心加速度大 C.离地面越近的卫星线速度越大 D.离地面越远的卫星线速度越大 答案:C 1234 2.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星的质量是地球的6倍, 半径是地球的1.5倍,该行星的第一宇宙速度约为() A.16 km/sB.32 km/s C.4 km/sD.2 km/s 答案:A 1234 3.(多选)地球半径为R,地面上重力加速度为g,在高空绕地球做匀速 圆周运动的人造卫星,其线速度的大小可能是() 答案:BC 1234 4.已知地球半