高中物理 第六章 万有引力与航天 第5节 宇宙航行课件 新人教版必修2[共46页]

1、第第 六六 章章 新知预习新知预习巧设计巧设计 名师课堂名师课堂 一点通一点通 要点一要点一 要点二要点二 第第 5 5 节节 创新演练创新演练 大冲关大冲关 随堂检测归纳小结随堂检测归纳小结 课下作业综合提升课下作业综合提升 要点三要点三 1 2 3 1了解人造卫星的有关知识。了解人造卫星的有关知识。 2知道三个宇宙速度的涵义，会推导第知道三个宇宙速度的涵义，会推导第 一宇宙速度。一宇宙速度。 3能运用万有引力定律及匀速圆周运动能运用万有引力定律及匀速圆周运动 的规律解决卫星运动的有关问题。的规律解决卫星运动的有关问题。 4 5 读教材读教材填要点填要点 1宇宙速度宇宙速度 (1)牛顿的设想

2、：牛顿的设想： 把物体从高山上水平抛出，如果把物体从高山上水平抛出，如果 足够大，物体就足够大，物体就 不再落回地面，它将绕不再落回地面，它将绕 运动，成为运动，成为 。 速度速度 地球地球 人造地球卫星人造地球卫星 6 宇宙速度宇宙速度大小大小物理意义物理意义 第一宇宙第一宇宙 速度速度 v km/s 物体在物体在 绕地球做匀速圆周绕地球做匀速圆周 运动的速度运动的速度 第二宇宙第二宇宙 速度速度 v km/s 当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于 /s时，时， 它会克服地球的引力，永远离开地球它会克服地球的引力，永远离开地球 第三宇宙第三宇宙 速度速度 v km/s 在地面附近发射

3、物体的速度等于或大在地面附近发射物体的速度等于或大 于于 /s时，物体会挣脱时，物体会挣脱 引力的束缚引力的束缚 而飞到而飞到 外外 (2)三种宇宙速度：三种宇宙速度： 地面附近地面附近 太阳太阳 太阳系太阳系 7.97.9 11.211.2 16.716.7 11.211.2 7 2梦想成真梦想成真 1957年年10月，月， 成功发射了第一颗人造卫星；成功发射了第一颗人造卫星； 1969年年7月，美国月，美国“阿波罗阿波罗11号号”登上登上 ； 2003年年10月月15日，我国航天员日，我国航天员 踏入太空；踏入太空； 2008年年9月，我国成功发射月，我国成功发射“神舟七号神舟七号”载人飞

4、船，载人飞船， 并首次实现太空行走。并首次实现太空行走。 苏联苏联 月球月球 杨利伟杨利伟 8 试身手试身手夯基础夯基础 1关于第一宇宙速度，下面说法正确的是关于第一宇宙速度，下面说法正确的是() A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 解析：解析：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是卫星环第一宇宙速度是

5、发射卫星的最小速度，也是卫星环 绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小。卫绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小。卫 星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点 的速度大于环绕速度，故的速度大于环绕速度，故B、C正确，正确，A、D错误。错误。 答案：答案：BC 9 2关于绕地球运行的人造卫星，下列说法正确的是关于绕地球运行的人造卫星，下列说法正确的是 () A质量越大，离地面越远，速度越大质量越大，离地面越远，速度越大 B与质量无关，离地面越近，速度越大与质量无关，离地面越近，速度越大 C人造卫星的运行速度大于等于人造卫

6、星的运行速度大于等于7.9 km/s D人造卫星的发射速度等于人造卫星的发射速度等于7.9 km/s 答案：答案：B B 10 3探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨 道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比() A轨道半径变小轨道半径变小B向心加速度变小向心加速度变小 C线速度变小线速度变小 D角速度变小角速度变小 答案：答案：A 11 12 1地球的第一宇宙速度及推导地球的第一宇宙速度及推导 第一宇宙速度又叫环绕速度，是人造卫星近地第一宇宙速度又叫环绕速度，是人造卫星近地 环绕地球做匀速

7、圆周运动必须具有的速度，也是人环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，也是人 造地球卫星的最小发射速度，其大小的推导有两种造地球卫星的最小发射速度，其大小的推导有两种 方法：方法： 13 方法方法1： 方法方法2： 14 15 2第二宇宙速度第二宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球的引力作用在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球的引力作用 永远离开地球所必需的最小发射速度，也叫脱离速度，其大永远离开地球所必需的最小发射速度，也叫脱离速度，其大 小为小为v11.2 km/s。 3第三宇宙速度第三宇宙速度 在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，在地面上发射物体，使之最后能脱离太

8、阳的引力范围， 飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，也叫逃逸速飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，也叫逃逸速 度，其大小为度，其大小为v16.7 km/s。 16 名师点睛名师点睛 (1)当当11.2 km/sv7.9 km/s时，卫星绕地球旋转的轨道是时，卫星绕地球旋转的轨道是 椭圆，地球位于一个焦点上。椭圆，地球位于一个焦点上。 (2)当当16.7 km/sv11.2 km/s时，卫星脱离地球的束缚，时，卫星脱离地球的束缚， 成为太阳系的一颗成为太阳系的一颗“小行星小行星”或绕其他行星运动的卫星。或绕其他行星运动的卫星。 (3)不同星体的宇宙速度是各不相同的，大小由星体的质不同

9、星体的宇宙速度是各不相同的，大小由星体的质 量及其半径，星体表面的重力加速度决定。量及其半径，星体表面的重力加速度决定。 17 思路点拨思路点拨先推导行星上的第一宇宙速度与地球上的先推导行星上的第一宇宙速度与地球上的 第一宇宙速度的关系，再利用地球上的第一宇宙速度求解此第一宇宙速度的关系，再利用地球上的第一宇宙速度求解此 行星上的第一宇宙速度。行星上的第一宇宙速度。 18 答案答案A 19 对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都 是根据万有引力提供向心力，近地卫星的轨道半径等是根据万有引力提供向心力，近地卫星的轨道半径等 于天体的半径，然后利用牛顿

10、第二定律列式计算。于天体的半径，然后利用牛顿第二定律列式计算。 20 1人造卫星绕地球运行的动力学原理人造卫星绕地球运行的动力学原理 人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力 作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。 2卫星的轨道卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆 轨道。轨道。 (2)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦 点，其周期和半长轴的关系遵循开普

11、勒第三定律。点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。 21 (3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有 引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心， 所以，地心一定是卫星圆轨道的圆心。所以，地心一定是卫星圆轨道的圆心。 (4)三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道： 赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处 于赤道上方；于赤道上方； 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，

12、卫星经过 两极上空；两极上空； 22 一般轨道，卫星轨道和赤道成一般轨道，卫星轨道和赤道成 一定角度。如图一定角度。如图651所示。所示。 (3)卫星的种类：卫星的种类： 卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的。卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的。 主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资 源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等。源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等。 4 4同步卫星同步卫星 地球同步卫星与其他地球卫星的运行原理一样，都是靠地地球同步卫星与其他地球卫星的运行原理一样，都是靠

13、地 球的万有引力充当向心力，但地球同步卫星与其他卫星相比，球的万有引力充当向心力，但地球同步卫星与其他卫星相比， 具有以下几个特点：具有以下几个特点： 图图6 65 51 1 23 24 25 名师点睛名师点睛 (1)无论卫星沿什么轨道运动，地心一定处于卫星轨无论卫星沿什么轨道运动，地心一定处于卫星轨 道所在的平面上。道所在的平面上。 (2)所有国家发射的同步卫星均在同一圆轨道上的不所有国家发射的同步卫星均在同一圆轨道上的不 同位置绕地球做匀速圆周运动，且始终相对地面静止，好同位置绕地球做匀速圆周运动，且始终相对地面静止，好 像悬挂在天上一般。像悬挂在天上一般。 26 27 思路点拨思路点拨同

14、步卫星与一般的卫星遵循同样的规律，同步卫星与一般的卫星遵循同样的规律， 所以解决一般卫星问题的思路、公式均可运用在同步卫星所以解决一般卫星问题的思路、公式均可运用在同步卫星 问题的解答中。同步卫星同时又具备自身的特殊性，即有问题的解答中。同步卫星同时又具备自身的特殊性，即有 确定的周期、角速度、加速度、线速度、高度、轨道半径、确定的周期、角速度、加速度、线速度、高度、轨道半径、 轨道平面。轨道平面。 28 答案答案BD 29 所有的地球同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，所有的地球同步卫星的轨道都与赤道为同心圆， 且都在同一轨道上，卫星的运动周期、角速度与地且都在同一轨道上，卫星的运动周期、角速度

15、与地 球自转的周期、角速度相同。球自转的周期、角速度相同。 30 31 3.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至发射地球同步卫星时，先将卫星发射至 近地圆轨道近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道，然后点火，使其沿椭圆轨道2运运 行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。 轨道轨道1、2相切于相切于Q点，轨道点，轨道2、3相切于相切于P点，如点，如 图图652所示。当卫星分别在所示。当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，轨道上正常运行时， 以下说法正确的是以下说法正确的是 () 图图652 32 A卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道

16、1上的速率上的速率 B卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度 C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大小大于它在轨道点时的加速度大小大于它在轨道 2上经过上经过Q点时的加速度大小点时的加速度大小 D卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度大小等于它在轨道点时的加速度大小等于它在轨道 3上经过上经过P点时的加速度大小点时的加速度大小 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点： (1)卫星在不同圆形轨道上做匀速圆周运动的速率、角速度卫星在不同圆形轨道上做匀速圆周运动的速率、角速度 与轨道半径的关系。与轨道半

17、径的关系。 (2)卫星受到的万有引力为卫星的合外力，产生卫星的加速卫星受到的万有引力为卫星的合外力，产生卫星的加速 度。度。 33 答案答案BD 34 35 36 37 解析：解析：第一宇宙速度是近地卫星绕地球做匀速圆周运第一宇宙速度是近地卫星绕地球做匀速圆周运 动的线速度，其运行周期约动的线速度，其运行周期约85分钟，该同学认为卫星分钟，该同学认为卫星 的周期为的周期为24 h，因此得出错误的结果，故，因此得出错误的结果，故D正确。正确。 答案：答案：D 38 2(对应要点二对应要点二)如图如图653所示的所示的 三颗人造地球卫星，则下列说法三颗人造地球卫星，则下列说法 正确的是正确的是()

18、 A卫星可能的轨道为卫星可能的轨道为a、b、c B卫星可能的轨道为卫星可能的轨道为a、c C同步卫星可能的轨道为同步卫星可能的轨道为a、c D同步卫星可能的轨道为同步卫星可能的轨道为a 图图6 65 53 3 39 解析：解析：卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道 平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球 对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以，对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以， 地心必须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定地心必须是卫星圆轨道的圆

19、心，因此卫星可能的轨道一定 不会是不会是b。同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星。同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星 可能的轨道为可能的轨道为a。综上所述，正确选项为。综上所述，正确选项为BD。 答案：答案：BD 40 3(对应要点二对应要点二)(2012北京高考北京高考)关于环绕地球运动的卫星，关于环绕地球运动的卫星， 下列说法正确的是下列说法正确的是 () A分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具 有相同的周期有相同的周期 B沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具 有相

20、同的速率有相同的速率 C在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半 径有可能不同径有可能不同 D沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平 面一定会重合面一定会重合 41 答案：答案：B B 42 4(对应要点三对应要点三)同步卫星在赤道上空同步同步卫星在赤道上空同步 轨道上定位以后，由于受到太阳、月轨道上定位以后，由于受到太阳、月 球及其他天体的引力作用影响，会产球及其他天体的引力作用影响，会产 生漂移运动而偏离原来的位置，若偏生漂移运动而偏离原来的位置，若偏 离达到一定程度，就要发动卫星上的

21、离达到一定程度，就要发动卫星上的 小发动机进行修正。如图小发动机进行修正。如图654所示所示 中中A为离地面为离地面36 000 km的同步轨道，的同步轨道，B 和和C为两个已经偏离轨道但仍在赤道平为两个已经偏离轨道但仍在赤道平 面内运行的同步卫星，要使它们回到面内运行的同步卫星，要使它们回到 同步轨道上应同步轨道上应() 图图6 65 54 4 43 A开动开动B的小发动机向前喷气，使的小发动机向前喷气，使B适当减速适当减速 B开动开动B的小发动机向后喷气，使的小发动机向后喷气，使B适当加速适当加速 C开动开动C的小发动机向前喷气，使的小发动机向前喷气，使C适当减速适当减速 D开动开动C的小发动机向后喷气，使的小发动机向后喷气，使C适当加速适当加速 44 解析：解析：当卫星速度突然变大时