2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章萬有引力與宇宙航行第4節(jié)宇宙航行(1)課件

1、 1人造地球衛(wèi)星 (1)概念：如圖651所示,當(dāng)物體的 足夠大時,它將會圍繞 旋轉(zhuǎn)而不再落回地面,成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動的人造衛(wèi)星. (2)運動規(guī)律：一般情況下可認為人造衛(wèi)星繞地球做 運動. (3)向心力來源：人造地球衛(wèi)星的向心力由 提供. 初速度地球圖651勻速圓周地球?qū)λ娜f有引力2宇宙速度(1)第一宇宙速度：v1 ,又稱環(huán)繞速度.(2)第二宇宙速度：v2 ,又稱脫離速度.(3)第三宇宙速度：v3 ,也叫逃逸速度.3夢想成真1957年10月, 成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星；1969年7月,美國“阿波羅11號”登上 ；2003年10月15日,我國航天員 踏入太空.7.9 km/s11.2 km/s1

2、6.7 km/s前蘇聯(lián)月球楊利偉 對宇宙速度的理解 宇宙速度是滿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速圓周運動所具有的速度,是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,v7.9 km/s. 設(shè)地球質(zhì)量為M,衛(wèi)星質(zhì)量為m,衛(wèi)星到地心的距離為r,衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度為v ,根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律得： (2)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,成為繞太陽運動的人造行星或繞其他行星運動的人造衛(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,使之最后能脫離太陽

3、的引力范圍,飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度,其大小為v 16.7 km/s.1關(guān)于第一宇宙速度,下列說法正確的是 ()A它是人造地球衛(wèi)星繞地球運行的最小速度B它是人造地球衛(wèi)星在近地圓軌道上的繞行速度C它是能使衛(wèi)星進入近地圓軌道的最小發(fā)射速度D它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度解析：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)繞地球做圓周運動的最大繞行速度,A錯誤；B、C正確；衛(wèi)星沿橢圓軌道運行時,在近地點做離心運動,說明近地點的速度大于第一宇宙速度,D錯誤.答案：BC 1.人造衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力.因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的

4、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兩極點上空的極地軌道.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652所示.圖6522.如圖653中的圓a、b、c,其圓心 均位 于地球的自轉(zhuǎn)軸 線上,對衛(wèi)星 環(huán)繞地球做勻速圓周運動而言,以下 說法正確的是() A衛(wèi)星的軌道可能為a B衛(wèi)星的軌道可能為b C衛(wèi)星的軌道可能為c D同步衛(wèi)星的軌道只可能為b圖653解析：由于物體做勻速圓周運動時,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,A錯誤、B、C正確.同步衛(wèi)星的軌道必須在赤道上方,選項D正確.答案：BCD 相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周

5、期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星,又叫通訊衛(wèi)星.同步衛(wèi)星有以下幾個特點： (1)同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致. (2)同步衛(wèi)星的運轉(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,又由于向心力是萬有引力提供的,萬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)星都在赤道的正上方,不可能定點在我國某地上空. 特別提醒 (1)所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度及向心加速度a的大小均相同. (2)所有國家發(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

6、動且都相對靜止.答案：AC 例1人們認為某些白矮星(密度較大的恒星)每秒鐘大約自轉(zhuǎn)一周(引力常量G6.671011 Nm2/kg2,地球半徑R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轉(zhuǎn)動而被“甩”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徑,則它的第一宇宙速度約為多少？ 思路點撥只要保證赤道上的物體不被“甩”掉,其他地方的物體就不會被“甩”掉.答案(1)1.411011 kg/m3(2)4.02107 m/s1宇航員在某星球表面以初速度v0豎直向上拋出一個物體,物體上升的最大高度為h.已知該星球的半徑為R,且物體只受該

7、星球引力的作用.(1)求該星球表面的重力加速度.(2)如果要在這個星球上發(fā)射一顆貼近它表面運行的衛(wèi)星,求該衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速度和周期. 例2已知地球半徑為R,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3倍處做勻速圓周運動,求： (1)衛(wèi)星的線速度； (2)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的周期. 思路點撥人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供；物體在地球表面所受的重力等于萬有引力. 借題發(fā)揮 (1)在處理衛(wèi)星的v、T與半徑r的關(guān)系問題時,常用公式“gR2GM”來替換出地球的質(zhì)量M,會使問題解決起來更方便. (2)由于衛(wèi)星在軌道上運動時,它受到的萬有引

8、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)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài).2A、B為兩顆地球衛(wèi)星,已知它們的運動周期之比為TATB18,則A、B兩衛(wèi)星的軌道半徑之比和運動速率之比分別為 ()ArArB41,vAvB12BrArB41,vAvB21CrArB14,vAvB12DrArB14,vAvB21答案：D 例3發(fā)射地球同步衛(wèi)星時,先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后經(jīng)點火,使其沿橢圓軌道2運行,最后再次點火,將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點,軌道2、3相切于P點,如圖654所示.衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時,以下說法正確的是()圖654 A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度 C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度 D衛(wèi)星在