高中物理 第6章 第5节宇宙航行课件 新人教版必修2.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修2 万有引力与航天 第六章 1 1 1集合的概念 第五节宇宙航行 第六章 1 1 1集合的概念 万有引力定律的发现 不仅解决了天上行星的运行问题 也为人们开辟了 上天 的理论之路 1957年10月4日 前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星 旅行者1号 人类开始迈入航天时代 2008年9月25日 神舟七号 飞船成功发射升空 9月27日下午 翟志刚出舱进入太空行走 2013年12月4日 嫦娥三号 在月球成功实现软着陆 中华民族古老的 奔月 梦想成为现实 你是否考虑过物体以多大的速度环绕地球运动才能不再落回地面 而使其成为地球的一颗卫星呢 1 牛顿的设想如图所示 当物体的 足够大时 它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面 成为一颗绕地球转动的 人造地球卫星 初速度 人造地球 卫星 匀速圆周 万有引力 宇宙速度 7 9 11 2 16 7 匀速圆周运动 地球 太阳 最小 1957年10月 成功发射了第一颗人造卫星 1969年7月美国 阿波罗11号 登上 2003年10月15日我国航天员 踏入太空 2008年9月27日我国航天员 太空行走 2013年6月20日我国航天员 首次太空授课 梦想成真 前苏联 月球 杨利伟 翟志刚 王亚平 2 第二宇宙速度 脱离速度 1 大小 v2 11 2km s 2 物理意义 卫星脱离地球引力的束缚 成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 1 大小 v3 16 7km s 2 物理意义 卫星脱离太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度 特别提醒 1 第一宇宙速度是最大环绕速度 也是最小发射速度 2 当在地面上以7 9km s v 11 2km s的速度发射卫星时 该卫星的轨道是椭圆 地球位于椭圆的一个焦点上 3 三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度 原创题 天宫一号 目标飞行器在距地面355km的轨道上做圆周运动 其飞行速率 a 大于7 9km sb 介于7 9 11 2km s之间c 小于7 9km sd 一定等于7 9km s答案 c 二 人造地球卫星1 卫星的轨道 1 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道 也可以是圆轨道 2 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时 地心是椭圆的一个焦点 其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律 3 卫星绕地球沿圆轨道运行时 由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力 而万有引力指向地心 所以地心必须是卫星圆轨道的圆心 4 三类人造地球卫星轨道 a 赤道轨道 卫星轨道在赤道所在平面上 卫星始终处于赤道上方 b 极地轨道 卫星轨道平面与赤道平面垂直 卫星经过两极上空 c 一般轨道 卫星轨道和赤道成一定角度 如图所示 特别提醒 不管卫星沿一个什么样的轨道运动 地心一定处于卫星轨道所在的平面上 如图所示的三个人造地球卫星 下列说法正确的是 卫星可能的轨道为a b c 卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为aa 是对的b 是对的c 是对的d 是对的答案 b 解析 卫星的轨道平面可以在赤道平面内 也可以和赤道平面垂直 还可以和赤道平面成任一角度 但是由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力 所以 地心必须是卫星圆轨道的圆心 因此卫星可能的轨道一定不会是b 同步卫星只能位于赤道的正上方 所以同步卫星可能的轨道为a 综上所述 正确选项为b 三 地球同步卫星1 概念相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星 又叫通信卫星 2 特点 1 周期一定 它的运动周期等于地球自转的周期t 24h 2 角速度一定 同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度 3 轨道一定 所有同步卫星的轨道半径都相同 即同步卫星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动 其轨道离地面的高度约为3 59 104km 4 环绕速度大小一定 所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的 约为3 08km s 5 向心加速度大小一定 所有同步卫星由于到地心距离相同 所以 它们绕地球运动的向心加速度大小都相同 约为0 23m s2 特别提醒 1 所有同步卫星的周期t 轨道半径r 环绕速度v 角速度 及向心加速度a的大小均相同 2 所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆 它们都在同一轨道上运动且都相对静止 同步地球卫星相对地面静止不动 犹如悬在高空中 下列说法正确的是 a 同步卫星处于平衡状态b 同步卫星的速率是唯一的c 不同卫星的轨道半径都相同 且一定在赤道的正上方 它们以第一宇宙速度运行d 它们可在我国北京上空运行 故用于我国的电视广播答案 b解析 根据同步卫星的特点知b正确 c d错误 同步卫星在万有引力作用下 绕地心作圆周运动 不是处于平衡状态 a错误 四 卫星中的超重与失重1 超重 发射时加速上升过程 返回大气层时减速降低过程 2 失重 卫星进入轨道后 卫星本身和其中的人 物都处于完全失重状态 3 卫星中失效的物理仪器 凡工作条件或原理与重力有关的仪器都不能使用 2008年9月25日 神舟 七号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空 9月27日16时44分左右 翟志刚成功出舱并挥动手中的五星红旗向全国人民问好 如图所示 1 翟志刚出舱后会 飘浮起来 此时他是否还受万有引力作用 解释现象产生的原因 2 翟志刚是否担心会被太空舱 抛弃 说明原因 答案 1 翟志刚仍受万有引力作用 只不过万有引力充当了其做圆周运动的向心力 翟志刚处于完全失重状态 故会 飘浮起来 2 翟志刚和太空舱处于同一卫星轨道上 具有相同的环绕速度 所以翟志刚不必担心会被太空舱 抛弃 宇宙速度 答案 1 8 9m s2 2 7 3km s 答案 abc 卫星的发射与变轨问题 a 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率b 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度c 卫星在轨道1上经过q点时的加速度大于它在轨道2上经过q点时的加速度d 卫星在轨道2上经过p点时的加速度等于它在轨道3上经过p点时的加速度 卫星在轨道1上经q点时的加速度为地球引力产生的加速度 而在轨道2上经过q点时 也只有地球引力产生加速度 故应相等 同理 卫星在轨道2上经p点时的加速度等于它在轨道3上经过p点时的加速度 答案 bd 2007年10月24日我国从西昌卫星发射中心成功发射了 嫦娥一号 嫦娥一号 飞行的路线示意图如下图 关于嫦娥一号相关的说法中 正确的是 a 在p点由a轨道转变到b轨道时 速度必须变小b 在q点由d轨道转变到c轨道时 速度必须变小 不计嫦娥一号的质量变化 c 在b轨道上 p点速度比r点速度大d 嫦娥一号在a b轨道上正常运行时 通过同一点p时 加速度相等答案 bcd 同步卫星 答案 bc 地球上两相距很远的观察者 都发现自己的正上方有一颗人造卫星 相对自己静止不动 则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离