第1部分 第六章 第5節(jié) 宇宙航行

1、課時(shí)跟蹤訓(xùn)練課時(shí)跟蹤訓(xùn)練應(yīng)用創(chuàng)新演練應(yīng)用創(chuàng)新演練第第 5 5節(jié)節(jié)宇宇宙宙航航行行理解教材新知理解教材新知把握熱點(diǎn)考向把握熱點(diǎn)考向考向一考向一考向二考向二隨堂基礎(chǔ)鞏固隨堂基礎(chǔ)鞏固第第六六章章萬(wàn)萬(wàn)有有引引力力與與航航天天考考向三向三知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三返回返回返回 1.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，人造衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 所需向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供。所需向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供。 2第一宇宙速度為第一宇宙速度為7.9 km/s，其意義為最小，其意義為最小 發(fā)射速度或最大環(huán)繞速度。發(fā)射速度或最大環(huán)繞速度。3第二宇宙速度為第二宇宙速度為11.2

2、 km/s，其意義表示物體脫離地球的，其意義表示物體脫離地球的束縛所需要的最小發(fā)射速度。束縛所需要的最小發(fā)射速度。4第三宇宙速度為第三宇宙速度為16.7 km/s，其意義為物體脫離太陽(yáng)引力，其意義為物體脫離太陽(yáng)引力的束縛所需的最小發(fā)射速度。的束縛所需的最小發(fā)射速度。返回返回 1人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星 (1)概念：如圖概念：如圖651所示，當(dāng)物體所示，當(dāng)物體的的 足夠大時(shí)，它將會(huì)圍繞足夠大時(shí)，它將會(huì)圍繞 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)而不再落回地面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)而不再落回地面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的人造衛(wèi)星。的人造衛(wèi)星。 (2)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一般情況下可認(rèn)為人運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一般情況下可認(rèn)為人造衛(wèi)星繞地球做造衛(wèi)星繞地球做

3、 運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 (3)向心力來(lái)源：人造地球衛(wèi)星的向心力由向心力來(lái)源：人造地球衛(wèi)星的向心力由 提供。提供。 初速度初速度地球地球圖圖651勻速圓周勻速圓周地球?qū)λ厍驅(qū)λ娜f(wàn)有引力的萬(wàn)有引力 自學(xué)教材自學(xué)教材 返回2宇宙速度宇宙速度(1)第一宇宙速度：第一宇宙速度：v1 ，又稱(chēng)環(huán)繞速度。，又稱(chēng)環(huán)繞速度。(2)第二宇宙速度：第二宇宙速度：v2 ，又稱(chēng)脫離速度。，又稱(chēng)脫離速度。(3)第三宇宙速度：第三宇宙速度：v3 ，也叫逃逸速度。，也叫逃逸速度。3夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真1957年年10月，月， 成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星；成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星；1969年年7月，美國(guó)月，美國(guó)“阿波羅阿波羅11號(hào)號(hào)”登上

4、登上 ；2003年年10月月15日，我國(guó)航天員日，我國(guó)航天員 踏入太空。踏入太空。7.9 km/s11.2 km/s16.7 km/s前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)月球月球楊利偉楊利偉返回 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 對(duì)宇宙速度的理解對(duì)宇宙速度的理解 宇宙速度是滿(mǎn)足地球上不同要求的衛(wèi)星的發(fā)射速度，不宇宙速度是滿(mǎn)足地球上不同要求的衛(wèi)星的發(fā)射速度，不能理解成衛(wèi)星的運(yùn)行速度。能理解成衛(wèi)星的運(yùn)行速度。 (1)第一宇宙速度：指人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻第一宇宙速度：指人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v7.9 km/s。 設(shè)地球

5、質(zhì)量為設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度為衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度為v ，根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛，根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律得：頓第二定律得：返回返回 (2)第二宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離第二宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造行星或繞其他行地球的引力作用，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造行星或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為v11.2 km/s。 (3)第三宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫第三宇宙

6、速度：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽(yáng)的引力范圍，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間所必需的離太陽(yáng)的引力范圍，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度，其大小為最小發(fā)射速度，其大小為v 16.7 km/s。返回1關(guān)于第一宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是關(guān)于第一宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是 ()A它是人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度它是人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度B它是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的繞行速度它是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的繞行速度C它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小發(fā)射速度它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小發(fā)射速度D它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度

7、解析：解析：第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星環(huán)第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大繞行速度，繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大繞行速度，A錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；B、C正確；正確；衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，在近地點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明近地衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，在近地點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明近地點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度，點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度，D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案：答案：BC返回 1.人造衛(wèi)星的軌道人造衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力充當(dāng)向心力。由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力充當(dāng)向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必

8、與地心重合，而這樣的軌道圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過(guò)兩有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過(guò)兩極點(diǎn)上空的極地軌道。當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角極點(diǎn)上空的極地軌道。當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道。如圖度的圓軌道。如圖652所示。所示。圖圖652返回返回返回2.如圖如圖653中的圓中的圓a、b、c，其圓心，其圓心 均位均位 于地球的自轉(zhuǎn)軸于地球的自轉(zhuǎn)軸 線(xiàn)上，對(duì)衛(wèi)星線(xiàn)上，對(duì)衛(wèi)星 環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言，以下環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言，以下 說(shuō)法正確的是說(shuō)法正確的是() A衛(wèi)星的軌道可能為衛(wèi)星的軌道可能為a B衛(wèi)星的

9、軌道可能為衛(wèi)星的軌道可能為b C衛(wèi)星的軌道可能為衛(wèi)星的軌道可能為c D同步衛(wèi)星的軌道只可能為同步衛(wèi)星的軌道只可能為b圖圖653返回解析：解析：由于物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力一定是指向圓心由于物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力一定是指向圓心的，所以地球衛(wèi)星的圓心應(yīng)與地球球心重合，的，所以地球衛(wèi)星的圓心應(yīng)與地球球心重合，A錯(cuò)誤、錯(cuò)誤、B、C正確。同步衛(wèi)星的軌道必須在赤道上方，選項(xiàng)正確。同步衛(wèi)星的軌道必須在赤道上方，選項(xiàng)D正確。正確。答案：答案：BCD返回 相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：同步

10、衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。 (2)同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T24 h。 (3)同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。 (4)要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬(wàn)有引力提供的，萬(wàn)有引力必須在軌道平面上，又由于向心力是萬(wàn)有引力提供的，萬(wàn)有引力必須在軌道平面上，所以同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星所以同步衛(wèi)

11、星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，不可能定點(diǎn)在我國(guó)某地上空。都在赤道的正上方，不可能定點(diǎn)在我國(guó)某地上空。返回返回返回 特別提醒特別提醒 (1)所有同步衛(wèi)星的周期所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑、軌道半徑r、環(huán)繞速度、環(huán)繞速度v、角速度角速度及向心加速度及向心加速度a的大小均相同。的大小均相同。 (2)所有國(guó)家發(fā)射的同步衛(wèi)星的軌道都與赤道為同心圓，所有國(guó)家發(fā)射的同步衛(wèi)星的軌道都與赤道為同心圓，它們都在同一軌道上運(yùn)動(dòng)且都相對(duì)靜止。它們都在同一軌道上運(yùn)動(dòng)且都相對(duì)靜止。返回返回答案：答案：AC返回返回 例例1人們認(rèn)為某些白矮星人們認(rèn)為某些白矮星(密度較大的恒星密度較大的恒星)

12、每秒鐘大每秒鐘大約自轉(zhuǎn)一周約自轉(zhuǎn)一周(引力常量引力常量G6.671011 Nm2/kg2，地球半徑，地球半徑R約為約為6.4103 km)。 (1)為使其表面上的物體能夠被吸引住而不致于由于快速為使其表面上的物體能夠被吸引住而不致于由于快速轉(zhuǎn)動(dòng)而被轉(zhuǎn)動(dòng)而被“甩甩”掉，它的密度至少為多少？掉，它的密度至少為多少？ (2)假設(shè)某白矮星的密度約為此值，且其半徑等于地球半假設(shè)某白矮星的密度約為此值，且其半徑等于地球半徑，則它的第一宇宙速度約為多少？徑，則它的第一宇宙速度約為多少？ 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥只要保證赤道上的物體不被只要保證赤道上的物體不被“甩甩”掉，其他掉，其他地方的物體就不會(huì)被地方的物體就不會(huì)

13、被“甩甩”掉。掉。返回返回答案答案(1)1.411011 kg/m3(2)4.02107 m/s返回返回1宇航員在某星球表面以初速度宇航員在某星球表面以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)物體，豎直向上拋出一個(gè)物體，物體上升的最大高度為物體上升的最大高度為h。已知該星球的半徑為。已知該星球的半徑為R，且物，且物體只受該星球引力的作用。體只受該星球引力的作用。(1)求該星球表面的重力加速度。求該星球表面的重力加速度。(2)如果要在這個(gè)星球上發(fā)射一顆貼近它表面運(yùn)行的衛(wèi)星，如果要在這個(gè)星球上發(fā)射一顆貼近它表面運(yùn)行的衛(wèi)星，求該衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度和周期。求該衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度和周期。返回返回返回

14、例例2已知地球半徑為已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為，地球表面的重力加速度為g，某人造地球衛(wèi)星在距地球表面高度等于地球半徑某人造地球衛(wèi)星在距地球表面高度等于地球半徑3倍處做勻倍處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求：速圓周運(yùn)動(dòng)，求： (1)衛(wèi)星的線(xiàn)速度；衛(wèi)星的線(xiàn)速度； (2)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬(wàn)有引力提供；物體在地球表面所受的重力等于的向心力由萬(wàn)有引力提供；物體在地球表面所受的重力等于萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力。返回返回 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 (1)在處理衛(wèi)星的在處理衛(wèi)星

15、的v、T與半徑與半徑r的關(guān)系問(wèn)題時(shí)，常用的關(guān)系問(wèn)題時(shí)，常用公式公式“gR2GM”來(lái)替換出地球的質(zhì)量來(lái)替換出地球的質(zhì)量M，會(huì)使問(wèn)題解決起來(lái)，會(huì)使問(wèn)題解決起來(lái)更方便。更方便。 (2)由于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受到的萬(wàn)有引力全部提由于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受到的萬(wàn)有引力全部提供了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物供了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài)。體都處于完全失重狀態(tài)。返回2A、B為兩顆地球衛(wèi)星，已知它們的運(yùn)動(dòng)周期之比為為兩顆地球衛(wèi)星，已知它們的運(yùn)動(dòng)周期之比為T(mén)A TB1 8，則，則A、B兩衛(wèi)星的軌道半徑之比和運(yùn)動(dòng)兩衛(wèi)星的軌道半徑之比和運(yùn)動(dòng)速率之比

16、分別為速率之比分別為 ()ArA rB4 1，vA vB1 2BrA rB4 1，vA vB2 1CrA rB1 4，vA vB1 2DrA rB1 4，vA vB2 1返回答案：答案：D返回 例例3發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道。軌道1、2相相切于切于Q點(diǎn)，軌道點(diǎn)，軌道2、3相切于相切于P點(diǎn)，如圖點(diǎn)，如圖654所示。衛(wèi)星分別所示。衛(wèi)星分別在在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法正確的是軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()圖圖654返回 A衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道上的速率大于在軌道1上的速率上的速率 B衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道上的角速度小于在軌道1上的角速度上的角速度 C衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度點(diǎn)時(shí)的加速度 D衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌