宇宙航行-萬有引力與宇宙航行課件【教學課件】

4.宇宙航行4.宇宙航行1一、第一宇宙速度【思考】如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落到地面,它將繞地球運動,成為地球的人造衛(wèi)星,是什么力使物體繞地球運動?一、第一宇宙速度2提示:地球與物體之間的萬有引力。提示:地球與物體之間的萬有引力。3(1)物體繞地球速度推導:物體繞地球的運動可視作勻速圓周運動,萬有引力提供物體運動所需的向心力,有

=m,由此解出:v=_______(m地為地球質量,r為物體做圓周運動的半徑)。(2)數值:已知地球的質量,近似用地球半徑R代替r,算出v==_________,這就是物體在地球附近做勻速圓周運動的速度,叫作第一宇宙速度。

7.9km/s(1)物體繞地球速度推導:物體繞地球的運動可視作勻7.9k4二、第二宇宙速度當飛行器的速度等于或大于__________時,它就會克服地球的引力,永遠離開地球,我們把__________叫作第二宇宙速度。

11.2km/s11.2km/s二、第二宇宙速度11.2km/s11.2km/s5三、第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器,如果要使其掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外,必須使它的速度等于或大于__________,這個速度叫作第三宇宙速度。

16.7km/s三、第三宇宙速度16.7km/s6一第一宇宙速度的定性分析和定量計算任務1第一宇宙速度的定性分析1.第一宇宙速度: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動必須具備的速度,即近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度。一第一宇宙速度的定性分析和定量計算72.決定因素:由第一宇宙速度的計算式v=可以看出,第一宇宙速度的值由中心天體決定,第一宇宙速度的大小取決于中心天體的質量M和半徑R,與衛(wèi)星無關。3.“最小發(fā)射速度”:如果發(fā)射速度低于第一宇宙速度,因為受到地球引力作用,發(fā)射出去的衛(wèi)星就會再回到地球上,所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。2.決定因素:由第一宇宙速度的計算式v=可以看84.“最大環(huán)繞速度”:在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中,近地衛(wèi)星的軌道半徑最小,由可得軌道半徑越小,線速度越大,所以在這些衛(wèi)星中,近地衛(wèi)星的線速度即第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度。4.“最大環(huán)繞速度”:在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動9【思考·討論】在100～200km高度飛行的地球衛(wèi)星,能說在地面附近飛行嗎?為什么? (科學思維)提示:可以。因為100～200km與地球半徑6400km相比,可以忽略?！舅伎肌び懻摗?0【典例示范1】(多選)關于第一宇宙速度,以下敘述正確的是 (

)A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B.它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運行的速度C.它是使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是人造衛(wèi)星發(fā)射時的最大速度【典例示范1】(多選)關于第一宇宙速度,以下敘述正確的是11【解析】選B、C。第一宇宙速度是指衛(wèi)星圍繞天體表面做勻速圓周運動的線速度,滿足關系即v=,且由該式知,它是最大環(huán)繞速度;衛(wèi)星發(fā)射得越高,需要的發(fā)射速度越大,故第一宇宙速度等于最小發(fā)射速度,選項B、C正確。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選B、C。第一宇宙速度是指衛(wèi)星圍繞天體表宇宙航行-萬12任務2第一宇宙速度的定量計算方法1.根據星球表面的重力加速度可計算它的第一宇宙速度,依據是mg=m。2.根據星球的近地衛(wèi)星的運動情況可計算它的第一宇宙速度,依據是宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】任務2第一宇宙速度的定量計算方法宇宙航行-萬有引力與宇13【典例示范2】

已知某星球的質量是地球的n倍,半徑是地球的k倍,地球的第一宇宙速度為v,則該星球的第一宇宙速度為 (

)A.v

B.vC.v D.nkv宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【典例示范2】已知某星球的質量是地球的n倍,半徑宇宙航行-14【解析】選A。對于地球:;對于星球:,解以上兩式得:v1=v。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選A。對于地球:;對于星球:宇宙15【素養(yǎng)訓練】1.(多選)第一宇宙速度是物體在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的速度,則有 (

)A.被發(fā)射的物體質量越大,第一宇宙速度越大B.被發(fā)射的物體質量越小,第一宇宙速度越大C.第一宇宙速度與被發(fā)射物體的質量無關D.第一宇宙速度與地球的質量有關宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【素養(yǎng)訓練】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件16【解析】選C、D。第一宇宙速度v1=,與地球質量M有關,與發(fā)射物體質量無關。故選項C、D正確。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選C、D。第一宇宙速度v1=,與地球質量宇172.若取地球的第一宇宙速度為8km/s,某行星的質量是地球的6倍,半徑是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速度約為 (

)A.16km/s B.32km/sC.4km/s D.2km/s宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】2.若取地球的第一宇宙速度為8km/s,某行星的質量是地球18【解析】選A。由因為行星的質量M′是地球質量M的6倍,半徑R′是地球半徑R的1.5倍,即M′=6M,R′=1.5R。由得v′=2v=2×8km/s=16km/s。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選A。由因為行19【補償訓練】已知地球自轉的角速度為7.29×10-5rad/s,月球到地球中心的距離為3.84×108m,在地球表面發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度為7.9×103m/s,第二宇宙速度為11.2×103m/s,第三宇宙速度為16.7×103m/s,假設地球上有一棵蘋果樹長到了接近月球那么高,則當蘋果脫離蘋果樹后,將 (

)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【補償訓練】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件20A.落向地面B.成為地球的同步“蘋果衛(wèi)星”C.成為地球的“蘋果月亮”D.飛向茫茫宇宙宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】A.落向地面宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件21【解析】選D。v=rω=3.84×108×7.29×10-5m/s≈2.8×104m/s>16.7×103m/s,故蘋果將飛向茫茫宇宙。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選D。v=rω=3.84×108×7.29×10-522二人造地球衛(wèi)星任務1人造地球衛(wèi)星的軌道特點1.衛(wèi)星運動遵循的規(guī)律:衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時,地心在橢圓的一個焦點上,衛(wèi)星的周期和半長軸的關系遵循開普勒第三定律。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】二人造地球衛(wèi)星宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學232.衛(wèi)星軌道的圓心:衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球對衛(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力,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。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】2.衛(wèi)星軌道的圓心:衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球對衛(wèi)星243.衛(wèi)星的軌道:衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(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,如圖所示。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】3.衛(wèi)星的軌道:衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步衛(wèi)星)25【思考·討論】人造地球衛(wèi)星按怎樣的軌道運行,誰提供向心力? (物理觀念)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【思考·討論】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課26提示:人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,由地球對它的萬有引力提供向心力,地球對衛(wèi)星的萬有引力指向地心。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】提示:人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,由地球對它的萬有引力27【典例示范1】

如圖所示,有關人造地球衛(wèi)星軌道的正確說法有 (

)A.a、b、c均可能是衛(wèi)星軌道B.衛(wèi)星軌道只可能是aC.a、b均可能是衛(wèi)星軌道 D.b可能是同步衛(wèi)星的軌道宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【典例示范1】如圖所示,有關人造地球衛(wèi)星軌道的正確說法28【解析】選C。地球衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地心,所以凡是地球衛(wèi)星,軌道面必定經過地球中心,所以a、b均可能是衛(wèi)星軌道,c不可能是衛(wèi)星軌道,故A、B錯誤,C正確;同步衛(wèi)星的軌道必定在赤道平面內,所以b不可能是同步衛(wèi)星的軌道,故D錯誤。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選C。地球衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地29任務2地球同步衛(wèi)星1.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角速度相同,廣泛應用于通信,又叫同步通信衛(wèi)星。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】任務2地球同步衛(wèi)星宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課302.地球同步衛(wèi)星的特點:項目內容周期一定與地球自轉周期相同,即T=24h=86400s角速度一定與地球自轉的角速度相同高度一定衛(wèi)星離地面高度h=r-R≈6R(為恒量)速度大小一定v==3km/s(為恒量)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】2.地球同步衛(wèi)星的特點:項目內容周期一定與地球自轉周期相同,31項目內容向心加速度大小一定a=0.23m/s2軌道平面一定軌道平面與赤道平面共面宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】項目內容向心加速度大小一定a=0.23m/s2軌道平面一定32【典例示范2】(多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內的氣象數據發(fā)回地面,為天氣預報提供準確、全面和及時的氣象資料。設地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍,下列說法中正確的是 (

)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【典例示范2】(多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象33A.同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n-1)倍B.同步衛(wèi)星運行速度是第一宇宙速度的C.同步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉獲得的速度的D.同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的(忽略地球的自轉效應)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】A.同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n-1)倍宇宙航行-萬34【解析】選A、B。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(n-1)倍,A正確。由萬有引力提供向心力得第一宇宙速度v′=,所以同步衛(wèi)星運行速度是第一宇宙速度的,B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v=rω知,同宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選A、B。地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半宇宙航行-萬35步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉的速度的n倍,C錯誤。根據=ma,得a=,則同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的,D錯誤。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉的速宇宙航行-萬有36【素養(yǎng)訓練】1.(多選)地球的質量為M,半徑為R,自轉角速度為ω,萬有引力常量為G,地球表面的重力加速度為g,同步衛(wèi)星距地面的距離為h,則同步衛(wèi)星的線速度大小為 (

)A.ω(R+h) B.C.R D.

宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【素養(yǎng)訓練】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件37【解析】選A、B。同步衛(wèi)星與地球同步做勻速圓周運動,則由線速度定義可得:v==ω(R+h);由于地球的引力提供向心力,讓同步衛(wèi)星做勻速圓周運動,則有:;解之得:v=;當忽略地球自轉時,由黃金代換式:g=,可得:v=R,由于本題沒有說明是否忽略地球自轉,故A、B正確,C、D錯誤。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選A、B。同步衛(wèi)星與地球同步做勻速圓周運宇宙航行-萬382.已知地球質量為M,自轉周期為T,萬有引力常量為G。將地球視為半徑為R、質量分布均勻的球體,不考慮空氣的影響。若把一質量為m的物體放在地球表面的不同位置,由于地球自轉,它對地面的壓力會有所不同。(1)若把物體放在北極的地表,求該物體對地表的壓力F1的大小;宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】2.已知地球質量為M,自轉周期為T,萬有引力常量為G。將地球39(2)若把物體放在赤道的地表,求該物體對地表的壓力F2的大小;(3)若把物體放在赤道的地表,請你展開想象的翅膀,假想地球的自轉不斷加快,當該物體剛好“飄起來”時,求此時地球的“一天”T′的表達式。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】(2)若把物體放在赤道的地表,求該物體對地表的壓力F2的大小40【解析】(1)當物體放在北極的地表時,萬有引力與支持力相平衡,有:F1′=根據牛頓第三定律,該物體對地表的壓力F1=F1′=(2)當物體放在赤道的地表時,萬有引力與支持力的合力提供向心力,有:宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】(1)當物體放在北極的地表時,萬有引力與支持力相平衡41F2′=根據牛頓第三定律,該物體對地表的壓力F2=F2′=(3)物體剛好“飄起來”時,即F2=0,則有:解得T′=2π答案:(1)

(2)

(3)T′=2π

宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】F2′=宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學42【補償訓練】將地球看作質量均勻分布的球體,在其上空有許多同步衛(wèi)星,下列說法中正確的是 (

)A.它們的質量可能不同B.它們的角速度可能不同C.它們的向心加速度可能不同D.它們離地心的距離可能不同宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【補償訓練】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件43【解析】選A。所謂地球同步衛(wèi)星,是相對地面靜止且和地球有相同周期、角速度的衛(wèi)星。同步衛(wèi)星定位于赤道的正上方,離地面的高度約為3.6×104km。因此所有同步衛(wèi)星離地心的距離均相同,向心加速度也相同。宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件【教學課件】【解析】選A。所謂地球同步衛(wèi)星,是相對地面靜止且和地球有相同44【拓展例題】考查內容:地球同步衛(wèi)星與赤道上物體的比較【典例示范】同步衛(wèi)星離地心的距離為r,運行速率為v1,加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半徑為R,則(

)宇宙航行-萬有引力與宇宙航行PPT課件