高中物理宇宙航行习题课件新人教版必修2

1、宇宙航行宇宙航行（复习课）复习课）_Interplanetary Flight苍山四中 高一物理组 闫明春知识点1宇宙速度美国有部电影叫光速侠，是说一个叫 Daniel Light 的家伙在一次事故后，发现自己拥有了能以光速奔跑的能力根据所学物理知识分析，如果光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可能实现吗？ 图 651提示：不可能实现当人或物体以大于第一宇宙速度的速度在地表运动时，会脱离地表，到达外太空，即在地表运动的速度不能超过 7.9 km/s.一、思考：一、思考： 若地球质量未知，而知道地球表面的重力若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度加速度 g=9.8m/s2， 地球半径地球半径

2、R=6400km,能否能否求出第一宇宙速度？求出第一宇宙速度？1第一宇宙速度：表达式为_或_，大小为_，它是卫星最大的环绕速度，也是卫星最小的发射速度. (环绕速度：指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度)2第二宇宙速度：也叫脱离速度，大小为_，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会克服地球的引力，永远离开地球16.7 km/s3第三宇宙速度：也叫逃逸速度，大小为_，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外7.9 km/s11.2 km/s【例1】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，这行星

3、的第一宇宙速度约为()A. 16 km/sB32 km/sC. 4 km/sD2 km/s答案：A探究：探究： 已知：地球质量已知：地球质量M，半径，半径R，卫星距地，卫星距地面高度面高度h，引力常量，引力常量G .探究卫星的探究卫星的v 、T与与高度高度h的关系的关系.二、人造地球卫星二、人造地球卫星地球地球动画演示动画演示“高轨低速长周期高轨低速长周期”T、v、与轨道半径r大小关系 自己推导三量与轨道半径关系式！ 原理：人造卫星绕地球转动的向心力等于地球对它的 万有引力万有引力 例2 如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下面说法中正

4、确的是( )Ab、c的线速度大小相等且大于a的线速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度Cb、c的周期相等且大于a的周期Db、c的向心力相等且大于a的向心力 答案：C 思考： 同步卫星的周期多大？ 轨道半径能否计算？那离地面的高度呢？ 同学们先推导公式！ 【针对训练】3.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下面说法中正确的是() A它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值 B它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的 C它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值 D它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的总结：地球同步卫星

5、(1)同步卫星：与地球同步转动，又称静止卫星(相对于地球表面静止不动)或通信卫星(2)同步卫星的特点：周期 T、角速度与地球自转的周期和角速度相同，T24 h.轨道确定：因为、T 与地球自转的、T 相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上同地球自转同步h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让

6、其，要想让其 在在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿再次加速，即可使其沿高轨道运行。高轨道运行。. 三、变轨问题三、变轨问题22RMmGRmv122211,vRMmGRmv使使卫星加速到222LMmGLmv2233vLMmGLmv，使使卫星加速到例例3、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次运行；最

7、后再次点火将其送入同步圆轨道点火将其送入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于P点，点，2、3相切于相切于Q点。当卫星分别在点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以上正常运行时，以下说法正确的是（下说法正确的是（ ） A、在轨道、在轨道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率 B、在轨道、在轨道3上的角速度上的角速度 小于小于1上的角速度上的角速度 C、在轨道、在轨道2上经过上经过Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3上经过上经过Q点时的速率点时的速率 D、在轨道、在轨道1上经过上经过P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2上上 经过经过P点时的加速度点时的加速度

8、QQP P231BD“嫦娥奔月嫦娥奔月” 图图(视频视频)16 例例4. 20074. 2007年年1010月月2424日日“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入卫星星箭分离，卫星进入绕绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53

9、.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示。（，如图所示。（ ） A.A.“嫦娥一号嫦娥一号”由由到到需加速、由需加速、由到到需减速需减速 B.B.发射发射“嫦娥一号嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度的速度必须达到第三宇宙速度 C.C.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上, ,卫星周期与卫星质量有关卫星周期与卫星质量有关 D.D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比 E.E.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上, ,卫星受地球的引力大于受月球的引力卫星受地球的引力大于受月球的引力近地变轨近地变轨轨

10、道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射 2. 2007 2. 2007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入卫星星箭分离，卫星进入绕绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨

11、道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示。，如图所示。 若月球半径为若月球半径为R R，试写出月球表面重力加速度的表达式。试写出月球表面重力加速度的表达式。近地变轨近地变轨轨道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射对接问题对接问题: :宇宙飞船与空间站的对接宇宙飞船与空间站的对接 空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何登到空间站，空间站那么，地球上的人如何登到空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船过宇宙飞船来完成，

12、这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。与空间站对接的问题。思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？接呢？ 不行，因为飞船加速后做离不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。飞船而无法与空间站对接。飞船首先在比空间站低的轨道运首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。再加速运行到一个椭圆轨道。通过控制轨道使飞船跟空间通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的站恰好同时

13、运行到两轨道的相切点，便可实现对接，如相切点，便可实现对接，如图所示图所示. .飞船飞船B 以下留给课下思考！mgrmrMmG22RmmgRMmG20202mgRMmGNnFRMmGRmF22RmmgRMmG202NFRMmG202mgRMmG02mgRMmGRmFRMmGN202RmRMmGmg220)()(22hRmmghRMmGRmmgRMmG2002RmmgRMmG20021415 例例:设同步卫星离地心距离为设同步卫星离地心距离为r，运行速率为，运行速率为v1，加速度为，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为

14、第一宇宙速度为v2，地球半径为地球半径为R，则，则( ) A B C DRraa212221rRaa2221rRvvrRvv21 1 1、在某行星上用弹簧来秤测量某一物体的重、在某行星上用弹簧来秤测量某一物体的重力。在赤道上测量的示数比在两极处测量的力。在赤道上测量的示数比在两极处测量的示数小示数小1/101/10，若该行星一昼夜的运行时间为，若该行星一昼夜的运行时间为T T，万有引力常量为万有引力常量为G G，则这颗行星的密度为多少？，则这颗行星的密度为多少？30/ /GT2 2 2、如果地球自转加快，地球赤道上物体的重、如果地球自转加快，地球赤道上物体的重量将发生怎样的变化？量将发生怎样的

15、变化？1.41.4小时小时 当自转周期等于多少时可使赤道上的物体当自转周期等于多少时可使赤道上的物体飘起来？飘起来？减小减小连续物或卫星群的判断问题连续物或卫星群的判断问题 例：根据观察，在土星外层有一个环带，该环带例：根据观察，在土星外层有一个环带，该环带有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度v v与该与该层到土星中心的距离层到土星中心的距离R R之间的关系，从而加以确定。之间的关系，从而加以确定。对此下列判断正确的是：（对此下列判断正确的是：（ ） A.A.若若v v与与R R成正比，则环带是连续物成正比，则环带是连续物 B.B.若若v v与与R