34人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)

34人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)134人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)234人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)334人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)434人造衛(wèi)星宇宙速度課件(教科版必修2)5請(qǐng)仔細(xì)分析教材P52，探究以下幾個(gè)問(wèn)題：1.人造衛(wèi)星能夠繞地球運(yùn)行的原理是怎樣的？提示：如圖所示，當(dāng)被水平拋出的物體的速度足夠大時(shí)，物體就不再落回地面，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星.人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需要的向心力由地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的萬(wàn)有引力提供.請(qǐng)仔細(xì)分析教材P52，探究以下幾個(gè)問(wèn)題：62.設(shè)地球質(zhì)量為mE，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r．試根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)出人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度，并說(shuō)明人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度與半徑有什么關(guān)系．提示：由于萬(wàn)有引力提供向心力，則得可見(jiàn)：衛(wèi)星運(yùn)行的線速度隨軌道半徑的增加而減小.2.設(shè)地球質(zhì)量為mE，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r．試根據(jù)動(dòng)力73.根據(jù)上題的假設(shè)，人造衛(wèi)星的角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？提示：由于萬(wàn)有引力提供向心力，則得可見(jiàn)高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，角速度小，周期長(zhǎng).3.根據(jù)上題的假設(shè)，人造衛(wèi)星的角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢8人造衛(wèi)星的兩類軌道1.衛(wèi)星軌道：可以是圓軌道，也可以是橢圓軌道.由于地球?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，地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心.2.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)，其周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系遵循開(kāi)普勒第三定律.人造衛(wèi)星的兩類軌道9衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系：10典例1（2011·廣州高一檢測(cè)）在圓軌道上質(zhì)量為m的人造地球衛(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)行的速度為B.衛(wèi)星運(yùn)行的周期為C.衛(wèi)星的加速度為D.衛(wèi)星的動(dòng)能為典例1（2011·廣州高一檢測(cè)）在圓軌道上質(zhì)量為m的人造11解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：（1）萬(wàn)有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.（2）衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式要選擇恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)形式.解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：12【規(guī)范解答】選B、D.萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，有又故A錯(cuò)誤；B正確；C錯(cuò)誤；D正確.故選B、D.【規(guī)范解答】選B、D.萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，有13【規(guī)律方法】在地球表面附近有：,得地球表面的重力加速度當(dāng)M未知時(shí)，可用其代換.由于gR2=GM經(jīng)常用到，所以叫“黃金代換”公式.【規(guī)律方法】14【變式備選】（2011·安溪高一檢測(cè)）經(jīng)國(guó)際小行星命名委員會(huì)命名的“神舟星”和“楊利偉星”的軌道均處在火星和木星軌道之間.已知“神舟星”平均每天繞太陽(yáng)運(yùn)行174萬(wàn)公里，“楊利偉星”平均每天繞太陽(yáng)運(yùn)行145萬(wàn)公里.假設(shè)兩行星均繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則兩星相比較（）A.“神舟星”的軌道半徑大B.“神舟星”的公轉(zhuǎn)周期大C.“神舟星”的加速度大D.“神舟星”受到的向心力大【變式備選】（2011·安溪高一檢測(cè)）經(jīng)國(guó)際小行星命15【解析】選C.由題意知“神舟星”的線速度大于“楊利偉星”的線速度，所以“神舟星”的軌道半徑小，公轉(zhuǎn)周期短，加速度大，A、B錯(cuò)，C對(duì)，因?yàn)閮尚琴|(zhì)量未知，所以無(wú)法比較兩星的向心力大小，D錯(cuò).【解析】選C.由題意知“神舟星”的線速度大于“楊利偉星”的線161.第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來(lái)的？提示：設(shè)地球的質(zhì)量為M，繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛行器的質(zhì)量為m，飛行器的速度為v，到地心的距離為r,由萬(wàn)有引力提供向心力：，得：在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑即為地球半徑.應(yīng)用近地條件r=R（R為地球半徑，R=6400km）代入地球質(zhì)量M=5.98×1024kg，得=7.9km/s.1.第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來(lái)的？172.為什么第一宇宙速度既是最大的環(huán)繞速度，也是最小的發(fā)射速度？提示：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，在所有的衛(wèi)星里其軌道半徑最小，根據(jù)可知其線速度最大；同時(shí)在進(jìn)行衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，只有發(fā)射速度大于等于第一宇宙速度，該衛(wèi)星才能發(fā)射成功，所以說(shuō)第一宇宙速度既是最大的環(huán)繞速度，也是最小的發(fā)射速度.2.為什么第一宇宙速度既是最大的環(huán)繞速度，也是最小的183.當(dāng)人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周期約為84.8分鐘，那么能否發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行周期為80分鐘的人造地球衛(wèi)星呢？提示：不能.由可知人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑最小，周期最短，所以繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星的周期的最小值為84.8分鐘.3.當(dāng)人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其周期約為19人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度1.發(fā)射速度指衛(wèi)星在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置的初速度，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度.2.運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度.在同一軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星的線速度、角速度、周期均一樣大，與衛(wèi)星的質(zhì)量、大小、形狀、用途都無(wú)關(guān).人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度20【知識(shí)歸納】三大宇宙速度的比較【知識(shí)歸納】三大宇宙速度的比較21典例2（2011·南京高一檢測(cè)）恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為橫行世界的“侏儒”——中子星，中子星的半徑很小，一般為7～20km,但它的密度大得驚人.若某中子星的密度為1.2×1017kg/m3,半徑為10km，那么該中子星的第一宇宙速度約為多少？（G=6.67×10-11N·m2/kg2）（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）典例2（2011·南京高一檢測(cè)）恒星演化發(fā)展到一定階段，22解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：（1）根據(jù)密度和半徑計(jì)算出中子星的質(zhì)量．（2）明確第一宇宙速度的軌道半徑.（3）萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：23【規(guī)范解答】中子星的第一宇宙速度即為它表面衛(wèi)星的環(huán)繞速度，此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑可近似認(rèn)為是中子星的半徑，且中子星對(duì)衛(wèi)星的萬(wàn)有引力充當(dāng)衛(wèi)星的向心力，由得：，又解得=5.8×107m/s=5.8×104km/s答案：5.8×107m/s或5.8×104km/s【規(guī)范解答】中子星的第一宇宙速度即為它表面衛(wèi)星的環(huán)繞速度，此24【變式備選】一顆人造衛(wèi)星在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上運(yùn)行，已知衛(wèi)星的第一宇宙速度是v1＝7.9km/s，求：（1）這顆衛(wèi)星運(yùn)行的線速度多大？（2）它繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度多大？（3）質(zhì)量為1kg的儀器放在衛(wèi)星內(nèi)的平臺(tái)上，儀器的重力多大？它對(duì)平臺(tái)的壓力有多大？【變式備選】一顆人造衛(wèi)星在離地面高度等于地球半徑的圓25【解析】（1）衛(wèi)星近地運(yùn)行時(shí)，有：①衛(wèi)星離地面高度為R時(shí)，有：②由①②兩式得：（2）衛(wèi)星離地面高度為R時(shí)，有③靠近地面時(shí)，有④由③④兩式得：a==2.45m/s2【解析】（1）衛(wèi)星近地運(yùn)行時(shí)，有：26（3）在衛(wèi)星內(nèi)，儀器的重力就是地球?qū)λ奈?，則：G′=mg′=ma=1×2.45N=2.45N由于衛(wèi)星內(nèi)儀器的重力充當(dāng)向心力，儀器處于完全失重狀態(tài)，所以儀器對(duì)平臺(tái)的壓力為零.答案：（1）5.6km/s（2）2.45m/s2

（3）2.45N0（3）在衛(wèi)星內(nèi)，儀器的重力就是地球?qū)λ奈?，則：G′=m27典例3已知一顆近地衛(wèi)星的周期為5100s，今要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，它離地面的高度為地球半徑的多少倍？【規(guī)范解答】解答本題可利用近地衛(wèi)星的已知條件和兩種衛(wèi)星的對(duì)稱性來(lái)求解.對(duì)于已知的近地衛(wèi)星，依據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力，有①典例3已知一顆近地衛(wèi)星的周期為5100s，今要發(fā)射一28而對(duì)于地球的同步衛(wèi)星，由于其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，有②兩式相除有：即代入數(shù)據(jù)T1=5100s,T2=24×3600s,得=5.6即地球同步衛(wèi)星距離地面高度是地球半徑的5.6倍.答案：5.6倍而對(duì)于地球的同步衛(wèi)星，由于其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，有29【規(guī)律方法】地球同步衛(wèi)星1.所謂同步衛(wèi)星，是相對(duì)于地面靜止的，和地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星，T=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h(yuǎn)處，并且h是一定的.也叫通訊衛(wèi)星：由得：（T為地球自轉(zhuǎn)周期，M、R分別為地球的質(zhì)量、半徑）代入數(shù)值得h=3.6×107m.【規(guī)律方法】302.地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：（1）同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致.（2）同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，為24h.（4）同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球的自轉(zhuǎn)角速度.（5）同步衛(wèi)星都在赤道正上方固定高度處.2.地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：311.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)星繞地球飛行的最小速度B．它是近地圓軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度C．它是使衛(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)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度【解析】選B、C.由公式知，當(dāng)r=R地時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)行速度為第一宇宙速度，若r>R地，則v小于第一宇宙速度，故A錯(cuò)誤，B正確；在地面發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，其發(fā)射速度應(yīng)大于第一宇宙速度，故C正確；衛(wèi)星在橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)，速度一定小于第一宇宙速度，D錯(cuò)誤.1.關(guān)于第一宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是（）322.（2011·佛山高一檢測(cè)）同步衛(wèi)星是與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星，它的周期T=24h.關(guān)于同步衛(wèi)星的下列說(shuō)法正確的是（）A.同步衛(wèi)星離地面的高度和運(yùn)行速度是一定的B.同步衛(wèi)星離地面的高度越高，其運(yùn)行速度就越大C.同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，相對(duì)地面靜止不動(dòng)D.同步衛(wèi)星的向心加速度與赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度大小相等2.（2011·佛山高一檢測(cè)）同步衛(wèi)星是與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星33【解析】選A、C.同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，相對(duì)地面靜止不動(dòng)，離地面的高度和運(yùn)行速度是一定的，A、C正確，B錯(cuò)誤；同步衛(wèi)星與赤道上物體的角速度相等，根據(jù)a=rω2可知同步衛(wèi)星的軌道半徑大，其加速度大.D錯(cuò)誤.【解析】選A、C.同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)在赤道上空，相對(duì)地面靜止不343.在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)的外表面上，有一隔熱陶瓷片自動(dòng)脫落，則陶瓷片的運(yùn)動(dòng)情況是（）A.平拋運(yùn)動(dòng)B.自由落體運(yùn)動(dòng)C.仍按原軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸落后于航天飛機(jī)【解析】選C.脫落的陶瓷片與航天飛機(jī)具有相同的速度,陶瓷片受到地球的萬(wàn)有引力全部提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,情況與航天飛機(jī)的相同,故陶瓷片仍沿原軌道與航天飛機(jī)一起做圓周運(yùn)動(dòng),C對(duì),A、B、D錯(cuò).3.在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)的外表面上，有一隔熱陶瓷354.（2011·鄭州高一檢測(cè)）宇航員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)中，處于完全失重狀態(tài)，則下列說(shuō)法中正確的是（）A．宇航員不受重力作用B．宇航員受到平衡力的作用C．宇航員只受重力的作用D．宇航員所受的重力產(chǎn)生向心加速度【解析】選C、D.航天飛機(jī)中的宇航員以本身所受的重力作為向心力，提供向心加速度，他們不再給支持物以壓力或拉力，處于完全失重狀態(tài)，但宇航員仍受重力作用，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確.4.（2011·鄭州高一檢測(cè)）宇航員在圍繞地球做勻速圓周