2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 萬(wàn)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(wàn)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(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度. 2.認(rèn)識(shí)同步衛(wèi)星的特點(diǎn). 3.了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識(shí)和我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射的情況以及人類(lèi)對(duì)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(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)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(dòng),地球,二、宇宙速度,7.9,11.2,16.7,表面附近,勻速圓周運(yùn)動(dòng),地球,太陽(yáng),最小,判斷下列說(shuō)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(cè)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(dòng)的繞行速度. (2)推導(dǎo)：對(duì)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(wàn)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(shí)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(kāi)地球所必需的最小發(fā)射速度，稱(chēng)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(yáng)的引力束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間的最小發(fā)射速度，稱(chēng)為第三宇宙速度，其大小為16.7 km/s.,例1我國(guó)發(fā)射了一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”.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(wàn)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(dòng)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(dòng)時(shí)，地心是橢圓的一個(gè) 焦點(diǎn)，衛(wèi)星的周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系遵循開(kāi)普勒第三定律. (2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有 引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，而萬(wàn)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(guò)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(duì)于地面靜止不動(dòng)，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(jiàn)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(shuō)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(duì)訓(xùn)練1如圖2所示，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)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(shuō)法正確的是 A.中地球軌

8、道衛(wèi)星的線(xiàn)速度小于靜止軌道同步衛(wèi)星的線(xiàn) 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(xiàn)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T(mén)A、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(wàn)有引力提供向心力 由上式比較各運(yùn)動(dòng)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(lái)源不同 因此要通過(guò)vr，a2r比較兩者的線(xiàn)速度和向心加速度的大小.,針對(duì)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(shuō)法正確的是 A.都是萬(wàn)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(xiàn)速度、角速度都相等 C.赤道上的物體和近地衛(wèi)星的線(xiàn)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(wàn)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(xiàn)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(mén)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?huà)昝摰厍蛞κ`，成為繞太 陽(yáng)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(dòng)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(guó)發(fā)射的“鳳凰號(hào)”火星探測(cè)衛(wèi)星，仍在太陽(yáng)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(yáng)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(duì)同步衛(wèi)星的認(rèn)識(shí))(多選)據(jù)報(bào)道，我國(guó)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)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(guò)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(hào)01星”，下列說(shuō)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(duì)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(hào)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(duì)于衛(wèi)星，其共同特點(diǎn)是萬(wàn)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,