2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 萬有引力定律 4 人造衛(wèi)星 宇宙速度課件 教科版必修2.ppt

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1、4人造衛(wèi)星宇宙速度,第三章萬有引力定律,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度. 2.認(rèn)識同步衛(wèi)星的特點(diǎn). 3.了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識和我國衛(wèi)星發(fā)射的情況以及人類對太空的探索歷程.,內(nèi)容索引,,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、人造衛(wèi)星 1.衛(wèi)星：自然的或人工的在太空中 的物體. 2.第一顆人造衛(wèi)星：1957年10月4日，由蘇聯(lián)送入環(huán)繞 的軌道的衛(wèi)星.,繞行星運(yùn)動,地球,二、宇宙速度,7.9,11.2,16.7,表面附近,勻速圓周運(yùn)動,地球,太陽,最小,判斷下列說法的正誤. (1)在地面上發(fā)

2、射人造衛(wèi)星的最小速度是7.9 km/s.() (2)人造地球衛(wèi)星的最小繞行速度是7.9 km/s.() (3)在地面上發(fā)射火星探測器的速度應(yīng)為11.2 km/s

3、，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?,1.第一宇宙速度 (1)定義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動的繞行速度. (2)推導(dǎo)：對于近地人造衛(wèi)星，軌道半徑r近似等于地球半徑R6 400 km，衛(wèi)星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛(wèi)星在地面上所受的重力，取g9.8 m/s2，則,知識深化,2.第二宇宙速度 在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠脫離地球的引力作用，永遠(yuǎn)離開地球所必需的最小發(fā)射速度，稱為第二宇宙速度，其大小為11.2 km/s. 7.9 km/s

4、，使之能夠脫離太陽的引力束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間的最小發(fā)射速度，稱為第三宇宙速度，其大小為16.7 km/s.,例1我國發(fā)射了一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”.設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面.已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的 月球 的半徑約為地球半徑的 地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的最大速率約為 A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s,解析,,答案,解析衛(wèi)星所需的向心力由萬有引力提供，,因此B項(xiàng)正確.,“最小發(fā)射速度”與“最大繞行速度” 1.“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)?/p>

5、發(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?所以近地軌道的發(fā)射速度(第一宇宙速度)是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度.,例2某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t后，物體以速率v落回手中.已知該星球的半徑為R，求該星球的第一宇宙速度.(物體只受星球的引力),解析,答案,,1.人造地球衛(wèi)星的軌道特點(diǎn) 衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道. (1)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動時(shí)，地心是橢圓的一個(gè) 焦點(diǎn)，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律. (2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)動時(shí)，因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有 引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的向心力，而萬有引力指向 地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心. (3)衛(wèi)星的軌

6、道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，可以通過兩極上空(極地軌道衛(wèi)星)，也可以和赤道平面成任一角度，如圖1所示.,二、人造地球衛(wèi)星,圖1,2.地球同步衛(wèi)星 地球同步衛(wèi)星位于地球赤道上方，相對于地面靜止不動，它的角速度跟地球的自轉(zhuǎn)角速度相同，廣泛應(yīng)用于通信，又叫同步通信衛(wèi)星. 地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)見下表：,,,例3(多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象資料.設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法中正確的是 A.同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n1)倍 B.同步衛(wèi)星運(yùn)行速度是第一宇宙速度的 C.同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度

7、是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的 D.同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的 (忽略地球的自轉(zhuǎn)效應(yīng)),答案,解析,,,,,解析地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，所以同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n1)倍，A正確.,同步衛(wèi)星與地球赤道上的物體具有相同的角速度，根據(jù)vr知，同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的速度的n倍，C錯(cuò)誤.,針對訓(xùn)練1如圖2所示，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).其中有靜止軌道同步衛(wèi)星(軌道高度約為36 000 km)和中地球軌道衛(wèi)星.已知中地球軌道衛(wèi)星的軌道高度在5 00015 000 km，則下列說法正確的是 A.中地球軌

8、道衛(wèi)星的線速度小于靜止軌道同步衛(wèi)星的線 速度 B.上述兩種衛(wèi)星的運(yùn)行速度可能大于7.9 km/s C.中地球軌道衛(wèi)星繞地球一圈時(shí)間大于24小時(shí) D.靜止軌道同步衛(wèi)星的周期大于中地球軌道衛(wèi)星的周期,答案,,,,圖2,,例4如圖3所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星.三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為vA、vB、vC，角速度大小分別為A、B、C，周期分別為TA、TB、TC，向心加速度大小分別為aA、aB、aC，則 A.ACaB,圖3,解析,,答案,三、“赤道上物體”“同步衛(wèi)星”和“近地衛(wèi)星”的比較,解析同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，故TATC，AC， 由vr及a

9、2r得vCvA，aCaA,故可知vBvCvA，BCA，TBaCaA，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤.,同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較 1.同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星 相同點(diǎn)：都是萬有引力提供向心力 由上式比較各運(yùn)動量的大小關(guān)系，即r越大，v、、a越小，T越大.,2.同步衛(wèi)星和赤道上物體 相同點(diǎn)：周期和角速度相同 不同點(diǎn)：向心力來源不同 因此要通過vr，a2r比較兩者的線速度和向心加速度的大小.,針對訓(xùn)練2(多選)關(guān)于近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、赤道上的物體，以下說法正確的是 A.都是萬有引力等于向心力 B.赤道上的物體和同步衛(wèi)星的周期、線速度、角速度都相等 C.赤道上的物體和近地衛(wèi)星的線速度、周期不同 D.

10、同步衛(wèi)星的周期大于近地衛(wèi)星的周期,答案,解析,,,,,解析赤道上的物體是由萬有引力的一個(gè)分力提供向心力，A項(xiàng)錯(cuò)誤； 赤道上的物體和同步衛(wèi)星有相同周期和角速度，但線速度不同，B項(xiàng)錯(cuò)誤；,赤道上物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星三者間的周期關(guān)系為T赤T同T近，根據(jù)vr可知v赤

11、第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太 陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度 D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行 速度,,答案,解析,,1,2,3,4,5,實(shí)際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，故衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度都小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測衛(wèi)星，仍在太陽系內(nèi)，所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 第二宇宙速度是使物體掙脫地球引力束縛而成為太陽的一顆人造行星的最小發(fā)射速度，選項(xiàng)C正確.,1,2,3,4,5,2.(對同步衛(wèi)星的認(rèn)識)(多選)據(jù)報(bào)道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號0

12、1星”于2008年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77赤道上空的同步軌道.關(guān)于成功定點(diǎn)的“天鏈一號01星”，下列說法中正確的是 A.運(yùn)行速度大于7.9 km/s B.離地面高度一定，相對地面靜止 C.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大 D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等,,答案,解析,,1,2,3,4,5,由于“天鏈一號01星”的運(yùn)行周期T是一定的，所以軌道半徑r一定，離地面的高度一定，B正確.,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,3.(“同步衛(wèi)星”與“赤道上物體”及近地衛(wèi)星的比較)(多選)如圖4所示，同步衛(wèi)星與

13、地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比值正確的是,,答案,解析,,圖4,1,2,3,4,5,解析地球同步衛(wèi)星：軌道半徑為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1； 地球赤道上的物體：軌道半徑為R，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2； 以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星為近地衛(wèi)星. 對于衛(wèi)星，其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力，,1,2,3,4,5,4.(第一宇宙速度的計(jì)算)若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍，半徑是地球半徑的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為 A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s,,答案,1,2,3,4,5,5.(第一宇宙速度的計(jì)算)某星球的半徑為R，在其表面上方高度為aR的位置，以初速度v0水平拋出一個(gè)金屬小球，水平射程為bR，a、b均為數(shù)值極小的常數(shù)，則這個(gè)星球的第一宇宙速度為,答案,,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,