202X学年高考物理主题一曲线运动与万有引力定律第三章万有引力定律1.3.4人造卫星宇宙速度课件教科版

1、1.3.4人造卫星宇宙速度人造卫星宇宙速度学习目标学习目标核心凝炼核心凝炼1.了解人造卫星的有关知识。了解人造卫星的有关知识。3个速度个速度第一、二、三宇第一、二、三宇宙速度宙速度几个关系几个关系线速度、角速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系周期与轨道半径的关系2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3.正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。关系。一、人造卫星一、人造卫星观图助学观图助学我国宇航员翟志刚在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地我国宇航员翟志刚在太空

2、中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力作用？球的引力作用？答案答案不是。宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向不是。宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向心力。心力。1.卫星是一些卫星是一些_的或的或_的在太空中绕行星运动的物体。的在太空中绕行星运动的物体。2.1895年，年，_宇航先驱齐奥尔科夫斯基在宇航先驱齐奥尔科夫斯基在?天地梦想和天球引力效应天地梦想和天球引力效应?论文中，论文中，率先提出制造率先提出制造_的设想。的设想。3.1957年年10月月4日日_成功发射了第一颗人造地球卫星。成功发射了第一颗人造地球卫星。理解

3、概念理解概念判断以下说法的正误。判断以下说法的正误。(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度。发射人造地球卫星需要足够大的速度。( )(2)卫星绕地球运行不需要力的作用。卫星绕地球运行不需要力的作用。( )(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。( )自然自然人工人工俄国俄国人造地球卫星人造地球卫星苏联苏联二、宇宙速度二、宇宙速度观图助学观图助学在一部叫在一部叫?光速侠光速侠?的电影中，有一个叫的电影中，有一个叫Daniel Light的家伙，他拥有以光速奔跑的的家伙，他拥有以光速奔跑的能力。根据所学物理知识分析，如果能力。根据所学物理知识分析，如果“光

4、速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可能实现吗？可能实现吗？答案不可能实现。当人或物体的速度到达第二宇宙速度时，会脱离地球，到达答案不可能实现。当人或物体的速度到达第二宇宙速度时，会脱离地球，到达外太空，即在地表运动的速度不能超过第一宇宙速度外太空，即在地表运动的速度不能超过第一宇宙速度7.9 km/s。三个宇宙速度三个宇宙速度 数值数值意义意义第一宇第一宇宙速度宙速度_km/s卫星在地球表面附近绕地球做卫星在地球表面附近绕地球做_运动的速度运动的速度第二宇第二宇宙速度宙速度_km/s使卫星挣脱使卫星挣脱_引力束缚的最小地面发射速度引力束缚的最小地面发射速度第

5、三宇第三宇宙速度宙速度_km/s使卫星挣脱使卫星挣脱_引力束缚的引力束缚的_地面发射速度地面发射速度7.911.216.7匀速圆周匀速圆周地球地球太阳太阳最小最小理解概念理解概念判断以下说法的正误。判断以下说法的正误。(1)第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度。第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度。( )(2)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。( )(3)第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度。第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度。( )人造地球卫星人造地球卫星观察探究观察探究地球上空分布着许多

6、的同步卫星，在地面上的人看来，始终静止不动，请思考：地球上空分布着许多的同步卫星，在地面上的人看来，始终静止不动，请思考：(1)这些同步卫星是否就真的静止不动呢？这些同步卫星是否就真的静止不动呢？(2)这些同步卫星有什么共同的特点呢？这些同步卫星有什么共同的特点呢？答案答案(1)这些同步卫星都在绕地心做匀速圆周运动，地球的万有引力提供向心力。这些同步卫星都在绕地心做匀速圆周运动，地球的万有引力提供向心力。(2)卫星相对于地面静止，因此卫星绕地球运动的周期一定等于地球自转的周期。卫星相对于地面静止，因此卫星绕地球运动的周期一定等于地球自转的周期。探究归纳探究归纳1.人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀

7、速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。人造地球卫星的三种轨道人造地球卫星的三种轨道3.地球同步卫星地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有一样周期的卫星，

8、叫做地球同步卫星。概念：相对于地面静止且与地球自转具有一样周期的卫星，叫做地球同步卫星。(2)特点特点确定的转动方向：和地球自转方向一致；确定的转动方向：和地球自转方向一致；确定的周期：和地球自转周期一样，即确定的周期：和地球自转周期一样，即T24 h；确定的角速度：等于地球自转的角速度；确定的角速度：等于地球自转的角速度；确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；面重合；确定的高度：离地面高度固定不变确定的高度：离地面高度固定不变(3.6104 km)；确定的环绕速率：线速度大小一定确定

9、的环绕速率：线速度大小一定(3.1103 m/s)。试题案例试题案例例例1 (2021云南宣威市四中高一下期末云南宣威市四中高一下期末)(多项选择多项选择)如图如图1所示，所示，a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是分别是R和和2R(R为地球半径为地球半径)。以下说法中正确的选项是。以下说法中正确的选项是()图图1答案答案CD针对训练针对训练1 (多项选择多项选择)我国我国“中星中星11号商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东号商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确

10、的选项是度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的选项是()A.运行速度大于运行速度大于7.9 km/sB.离地面高度一定，相对地面静止离地面高度一定，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向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等答案答案BC观察探究观察探究发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：宇宙速度及其理解宇宙速度及其理解(1)在不同高度的所有卫星中，哪个高度的所有卫星最容易发射？在不同高度的所有卫星中，哪个高度的所有卫星最容易

11、发射？(2)不同星球的第一宇宙速度是否一样？第一宇宙速度的决定因素是什么？不同星球的第一宇宙速度是否一样？第一宇宙速度的决定因素是什么？(1)“最小发射速度：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要最小发射速度：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要抑制地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度抑制地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。2.第二宇宙速度第二宇宙速度人造地球卫星的发射速度越

12、大，卫星最终运行时离地球就越远。当卫星的发射速度人造地球卫星的发射速度越大，卫星最终运行时离地球就越远。当卫星的发射速度到达或超过到达或超过11.2 km/s时，卫星将脱离地球的束缚，成为太阳系中的时，卫星将脱离地球的束缚，成为太阳系中的“人造行星，人造行星，11.2 km/s称为人造卫星的第二宇宙速度。称为人造卫星的第二宇宙速度。3.第三宇宙速度第三宇宙速度当卫星的发射速度到达或超过当卫星的发射速度到达或超过16.7 km/s时，卫星将挣脱太阳的束缚，飞到太阳系以时，卫星将挣脱太阳的束缚，飞到太阳系以外的空间。外的空间。试题案例试题案例例例2 宇航员站在某星球外表，从高宇航员站在某星球外表，

13、从高h处以初速度处以初速度v0水平抛出一个小球，小球落到星球水平抛出一个小球，小球落到星球外表时，与抛出点的水平距离是外表时，与抛出点的水平距离是x，该星球的半径为，该星球的半径为R，引力常量为，引力常量为G，求：，求：(1)该星球的质量该星球的质量M；(2)该星球的第一宇宙速度。该星球的第一宇宙速度。【思维导图】【思维导图】针对训练针对训练2 (2021山西太原市高一下期末山西太原市高一下期末)2021年年2月，我国首颗电磁监测试验卫星月，我国首颗电磁监测试验卫星“张衡一号在酒泉卫生发射中心成功发射，标志着我国地震监测和地球物理探测张衡一号在酒泉卫生发射中心成功发射，标志着我国地震监测和地球

14、物理探测正式迈入太空。卫星质量约为正式迈入太空。卫星质量约为730 kg，运行的高度为，运行的高度为500 km，通过两极的太阳同，通过两极的太阳同步轨道，对同一地点的重访周期为步轨道，对同一地点的重访周期为5天。以下说法正确的选项是天。以下说法正确的选项是()A.“张衡一号绕地球运行的速度大于第一宇宙速度张衡一号绕地球运行的速度大于第一宇宙速度B.“张衡一号绕地球运行的周期为张衡一号绕地球运行的周期为5天天C.“张衡一号的加速度小于地面的重力加速度张衡一号的加速度小于地面的重力加速度D.“张衡一号的轨道平面与地球赤道平面共面张衡一号的轨道平面与地球赤道平面共面答案答案C分析卫星变轨问题分析卫

15、星变轨问题【针对练习】如图【针对练习】如图2所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球绕地球E运行，在运行，在P点变轨后进入轨道点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。做匀速圆周运动。以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是()A.不管在轨道不管在轨道1还是在轨道还是在轨道2运行，卫星在运行，卫星在P点的速度都点的速度都一样一样B.不管在轨道不管在轨道1还是在轨道还是在轨道2运行，卫星在运行，卫星在P点的加速度点的加速度都一样都一样C.卫星在轨道卫星在轨道1的任何位置都具有一样加速度的任何位置都具有一样加速度D.卫星在轨道卫星在轨道2的任何位置都具有一样的速度的任何位置都具有一样的速度图图2解析卫星在轨道解析卫星在轨道1运行到运行