高一物理《人造地球衛(wèi)星》課件 （人教版必修一）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第2節(jié)人造地球衛(wèi)星宇宙速度 東方紅一號(hào) 偵察衛(wèi)星 風(fēng)云一號(hào) 氣象衛(wèi)星 科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星 一 發(fā)射原理 第2節(jié)人造地球衛(wèi)星宇宙速度 1 牛頓的設(shè)想圖 2 近地發(fā)射速度 二 衛(wèi)星的運(yùn)行 圓周軌道 原理 結(jié)論 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與m無(wú)關(guān) v T由r唯一決定 三 衛(wèi)星的發(fā)射和變軌 四 同步衛(wèi)星 mg GMm r2 ma mv2 r mr 2 mr4 2 T2 五 衛(wèi)星的應(yīng)用 V1 7 9Km s V2 11 2Km s V3 16 7Km s 三種宇宙速度 v1是最小近地發(fā)射速度 也是最大運(yùn)行速度 作業(yè) 知一 比例法 一題多解 衛(wèi)星變軌 雙星 黑洞 比較 重力 相遇 空間 牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖 平拋 洲際導(dǎo)彈 人造衛(wèi)星 增大 人造地球衛(wèi)星的最小速度有多大呢 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供 萬(wàn)有引力近似等于重力mg 衛(wèi)星運(yùn)行半徑近似看作地球半徑 根據(jù)牛頓第二定律得 mg GMm R2 mv2 R 最小的近地發(fā)射速度 近地發(fā)射時(shí)速度等于這個(gè)速度衛(wèi)星 剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng) v1 7 9km s v 7 9km s v2 11 2km s 第二宇宙速度 脫離速度 11 2km s v 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 16 7km s 繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星 其所需向心力由萬(wàn)有引力提供 二 衛(wèi)星的運(yùn)行 圓周軌道 萬(wàn)有引力 向心力 重力近似 萬(wàn)有引力 基本方程 輔助方程 A B C 高軌道衛(wèi)星的運(yùn)行速度小 容易發(fā)射 火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?v1是最小近地發(fā)射速度 也是最大運(yùn)行速度 無(wú)能量補(bǔ)充 軌道速度 v1 7 9km s 神五發(fā)射 衛(wèi)星發(fā)射的軌跡 三 人造地球衛(wèi)星的變軌道 衛(wèi)星回收 下列說(shuō)法是否正確 為什么 人造地球衛(wèi)星由于大氣阻力的作用 軌道半徑逐漸減小 它的線速度將逐漸減小 而周期逐漸增大 解 由于阻力做負(fù)功 所以線速度減小 由于T 2 R v所以周期變大 故結(jié)論正確 衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 半徑在逐漸減小 Tmin 神五回收 通信衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星 資源衛(wèi)星 技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星 人造衛(wèi)星的種類 四 同步通訊衛(wèi)星 2 同步衛(wèi)星的軌道如何確定 1 地球同步衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止 周期與地球相同 同步衛(wèi)星必須位于赤道平面上空 GmM r2 mr4 2 T2 h r R 同步衛(wèi)星離地面高度36000公里 3 同步衛(wèi)星的個(gè)數(shù) 大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星 地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆 可見(jiàn) 空間位置也是一種資源 近地與同步 同步衛(wèi)星發(fā)射 衛(wèi)星的超重與失重 我國(guó)的衛(wèi)星事業(yè) 衛(wèi)星的應(yīng)用 g GM r2 G mg 9 8 107N M不同 g不同 G F 1 47 1012 D 課本P92 中心M r 環(huán)繞m R BC 課本P98 AC F砝 m砝g月 F物 m物g月 mg GM月m R2 g月 F砝 m砝 m物 F物 g月 M月 g月R2 G 求月球重力加速度 求月球上物體質(zhì)量 求月球質(zhì)量 E 同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等 r 6 2 10 地 環(huán)繞速度v 8 4 103 v1 設(shè)月地距離r保持不變 隨著采礦的進(jìn)行 地球質(zhì)量M增大 月球質(zhì)量m減小 F萬(wàn)減小 當(dāng)飛越質(zhì)量密集區(qū)時(shí) 可以認(rèn)為重心上移動(dòng) r減小 v增大 課本P104 例1 在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星 它到地面的距離等于地球半徑R 地面上的重力加速度為g 則 A衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為B衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期為C衛(wèi)星的加速度為g 2D衛(wèi)星的動(dòng)能為mgR 4 知一求其他 mg GMm R2 GM gR2 r R h 2R BD 自轉(zhuǎn)1 近地2 同步3 月球4 自轉(zhuǎn) 近地 同步 月球 T1 1天 T2 85分 T3 1天 T4 1月 r1 R r2 R r3 7R r4 60R 比較下列4顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)物理量 r T v a 大小 自轉(zhuǎn) 近地 同步 月球 v3 3 1km s v2 7 9km s a GM r2 比較物理量大小 例1 有兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1 m2 1 2 它們運(yùn)行線速度之比v1 v2 1 2 那么 A 向心力之比F1 F2 1 32B 向心加速度之比a1 a2 16 1C 軌道半徑之比r1 r2 4 1D 周期之比T1 T2 8 1 ACD 比例法 例1 一顆人造地球衛(wèi)星距地面的高度為h 設(shè)地球半徑為R 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期為T 地球表面處的重力加速度為g 則該同步 衛(wèi)星的線速度的大小應(yīng)該為 BC A B2 h R T C D 一題多解 例2 用m表示地球通訊衛(wèi)星 同步衛(wèi)星 的質(zhì)量 h表示它離開(kāi)地面的高度 R表示地球的半徑 g表示地面處的重力加速度 表示地球自轉(zhuǎn)的角速度 則通訊衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f(wàn)有引力的大小為 BC GMm r2 mr 2 GM gR2 F GMm r2 mgR2 R h 2 v2 v1 v4 v3 v1 v4 v2 v1 v4 v3 衛(wèi)星的變軌 A B 知小圓半徑為R 周期為T 大圓半徑為r 求衛(wèi)星從A躍遷到B的時(shí)間 提示 用開(kāi)普勒第3定律求解 比較下列速度大小 解 設(shè) 光子 的質(zhì)量為m 由于光不能從太陽(yáng)射出 設(shè) 光子 恰好繞太陽(yáng) 黑洞 作近地勻速圓周運(yùn)動(dòng) 向心力由萬(wàn)有引力提供 由牛頓第二定律得 黑洞 例 已知太陽(yáng)的質(zhì)量M 2 0 1030kg 光的速度c 3 0 108m s 試估算太陽(yáng)如果演變成了黑洞 它的半徑將變成多少 雙星 例 在天體運(yùn)動(dòng)中 把兩顆相距很近的恒星稱為雙星 這兩顆星必須各自以一定的速率繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)才不至于由于萬(wàn)有引力而吸在一起 已知兩恒星的質(zhì)量分別為M1和M2兩恒星距離為L(zhǎng) 求 1 兩恒星轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置 2 轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 L M1 M2 r1 L r1 解 如圖所示 兩顆恒星分別以轉(zhuǎn)動(dòng)中心O作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 角速度 相同 設(shè)M1的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r1 M2的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r2 L r1 它們之間的萬(wàn)有引力是各自的向心力 由后兩式相等解得得 由前兩式相等解得得 例 某行星上一晝夜的時(shí)間為T 6h 在該行星赤道處用彈簧秤測(cè)得一物體的重力大小比在該行星兩極處小10 則該行星的平均密度是多大 G取6 67 10 11N m2 kg2 例 設(shè)某種原因地球自轉(zhuǎn)的加快 當(dāng)角速度等于多少時(shí) 赤道上物體的重力為零 解 萬(wàn)有引力全部提供自轉(zhuǎn)向心力 重力的變化 例 如圖所示 有A B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)方向相同 A衛(wèi)星的周期為T1 B衛(wèi)星的周期為T2 在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星第一次相遇 即兩衛(wèi)星距離最近 求 1 多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇 2 多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠(yuǎn) t 2 解 A星轉(zhuǎn)得快 設(shè)相遇時(shí)B轉(zhuǎn)過(guò)角度為 則A轉(zhuǎn)過(guò)角度為 2 設(shè)經(jīng)過(guò)的時(shí)間為 t 衛(wèi)星的相遇 例1 2000年1月26日我國(guó)發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星 其定點(diǎn)位置與東經(jīng)98 的經(jīng)線在同一平面內(nèi) 若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似為東經(jīng)98 和北緯a 40 已知地球半徑R 地球自轉(zhuǎn)周期T 地球表面重力加速度g 視為常數(shù) 和光速c 試求該同步衛(wèi)星發(fā)出的微波信號(hào)傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時(shí)間 要求用題給的已知量的符號(hào)表示 解 如圖知同步衛(wèi)星的周期T可求出衛(wèi)星圓周半徑r量 由牛頓第二定律得 設(shè)嘉峪關(guān)到同步衛(wèi)星的距離為l 如圖4 5 1所示 由余弦定律得 l 所求的時(shí)間為t l c 得 空間的確定 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全