高中物理 第三章 万有引力定律 第4节 人造卫星 宇宙速度课件 教科版必修2(1).ppt

第4节人造卫星宇宙速度 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 目标导航 重点 人造卫星线速度 角速度 周期 向心加速度与半径的关系 第一宇宙速度的分析 计算难点 人造卫星的变轨问题分析 情境链接如图所示 人造卫星能够绕地球转动而不落回地面 不同的卫星轨道不同 卫星的轨道有什么特点 受力有什么特点 运行的速度 周期大小如何 信息1 卫星的轨道都可以看成圆轨道 2 万有引力提供卫星的向心力 3 轨道越高 速度越小 周期越长 教材梳理 一 卫星1 卫星种类 天然卫星和人造卫星 2 人造卫星 人工的在太空中绕行星运动的物体 3 卫星用途 用于 导航 收集和其他许多领域内的科学研究 通信 气象数据 二 宇宙速度 7 9 11 2 16 7 地球 地球 太阳 议一议对第一宇宙速度的推导过程中 作了哪些近似处理 答案 忽略空气阻力 近似认为近地卫星绕地球的转动为匀速圆周运动 且转动半径等于地球半径 1 绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km s 2 在地面上发射人造卫星的最小速度是7 9km s 3 如果在地面发射卫星的速度大于11 2km s 卫星会永远离开地球 4 要发射一颗人造月球卫星 在地面的发射速度应大于16 7km s 5 可以使卫星在北纬40 上空绕地轴做匀速圆周运动 6 月球做圆周运动的向心力是由地球对它的引力提供的 思考判断 答案 1 2 3 4 5 6 要点一 人造卫星运动中的分析与计算 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 如图所示 在地球的周围 有许多卫星在不同轨道上绕地球运转 请问 1 这些卫星的轨道有什么共同特点 2 这些卫星的线速度 角速度 周期跟什么有关 答案 1 人造卫星的轨道平面一定过地心 2 都与轨道半径r有关 要点归纳 1 卫星的v t a随轨道半径r的变化规律 当r增大时 利用上述结论 可定性分析也可定量计算 特别提示 1 在处理卫星的v t与半径r的关系问题时 常用 gr2 gm 来替换出地球的质量m 会使问题解决起来更方便 2 由于卫星在轨道上运动时 它受到的万有引力全部提供向心力 产生向心加速度 因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态 3 对于同一星球的不同卫星 轨道半径r的变化引起a v t 的变化 对于不同星球的不同卫星 星球质量和轨道半径两个因素影响了卫星的a v t 2 两种加速度的比较 典例1 如图所示为在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星a b c 下列说法正确的是 a 根据v 可知三颗卫星的线速度vafb fcc 三颗卫星的向心加速度aa ab acd 三颗卫星运行的角速度 a b c c 思路点拨 1 公式v 中r是地球的半径 卫星的轨道半径是卫星到地心的距离 2 分析卫星运动中各物理量之间的关系的基本思路是利用卫星的向心力由万有引力提供列式分析 3 卫星运动时向心加速度a 所以向心加速度a由中心天体的质量m和卫星到中心天体的距离r决定 规律方法 解决天体运行问题的两种思路 教师备用 bc 针对训练1 1 多选 不可回收的航天器在使用后 将成为太空垃圾 如图所示是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图 对此如下说法中正确的是 a 离地越低的太空垃圾运行周期越小b 离地越高的太空垃圾运行角速度越小c 由公式v 得 离地越高的太空垃圾运行速率越大d 太空垃圾一定能跟同一轨道上同向飞行的航天器相撞 ab 要点二 宇宙速度 问题导学 发射卫星 要有足够大的速度才行 请问 1 不同星球的第一宇宙速度是否相同 第一宇宙速度的决定因素是什么 2 把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小 2 越大 要点归纳 1 第一宇宙速度 特别提示 2 第二宇宙速度人造地球卫星的发射速度越大 卫星最终运行时离地球就越远 当卫星的发射速度达到或超过11 2km s时 卫星将脱离地球的束缚 成为太阳系中的 人造行星 11 2km s称为人造卫星的第二宇宙速度 也称为脱离速度 3 第三宇宙速度当卫星的发射速度达到或超过16 7km s时 卫星将挣脱太阳的束缚 飞到太阳系以外的空间 因此 第三宇宙速度也称逃逸速度 典例2 宇航员站在某星球表面 从高h处以初速度v0水平抛出一个小球 小球落到星球表面时 与抛出点的水平距离是x 已知该星球的半径为r 引力常量为g 求 1 该星球的质量m 2 该星球的第一宇宙速度 思维导图 关于第一宇宙速度的推导 规律方法 教师备用 例2 1 玉兔号 登月车在月球表面接触的第一步实现了中国人 奔月 的伟大梦想 机器人 玉兔号 在月球表面做了一个自由下落实验 测得物体从静止自由下落h高度的时间为t 已知月球半径为r 自转周期为t 引力常量为g 则 d 针对训练2 1 关于宇宙速度 下列说法正确的是 a 第一宇宙速度是能使人造地球卫星的最小发射速度b 第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度c 第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度d 第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 解析 第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度 也是地球卫星绕地球飞行的最大速度 a对 b错 第二宇宙速度是在地面上发射物体 使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度 c错 第三宇宙速度是在地面上发射物体 使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度 d错 a 要点二 地球同步卫星 问题导学 地球同步卫星的轨道有何特点 答案 轨道在赤道上空 轨道平面与赤道平面重合 要点归纳 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 同步卫星的运行方向与地球自转方向一致 2 同步卫星的运转周期 角速度 与地球自转周期 角速度 相同 t 24h 3 同步卫星的轨道平面在赤道平面上 即所有的同步卫星都在赤道的正上方 4 同步卫星高度固定不变 h 3 6 104km 典例3 多选 已知地球质量为m 半径为r 自转周期为t 地球同步卫星质量为m 引力常量为g 有关同步卫星 下列表述正确的是 a 卫星的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间b 卫星运行的向心加速度小于地球赤道上物体的加速度 ad 2 同步卫星的角速度 周期 与地球自转的角速度 周期t相同 近地卫星 同步卫星与赤道上的物体的比较 规律方法 放在赤道上的物体与近地卫星有着显著的区别 首先两者的受力不同 前者受到的万有引力只有一小部分充当向心力 绝大多数作为重力使得物体紧压地面 而后者受到的万有引力全部充当向心力 它们的运动周期和速度也不同 并且有很大的差异 赤道上的物体相对地球保持静止 而近地卫星相对于地球而言处于高速旋转状态 同步卫星和近地卫星都只受万有引力 全部提供向心力 研究方法相同 例3 1 多选 已知地球质量为m 半径为r 自转周期为t 地球同步卫星质量为m 距地球表面距离为h 引力常量为g 有关同步卫星 下列表述正确的是 a 卫星距地面的高度为b 卫星的运行速度小于第一宇宙速度c 卫星运行时受到的向心力大小为gd 卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 bd 针对训练3 多选 目前我国已发射北斗导航地球同步卫星十六颗 大大提高了导航服务质量 这些卫星 a 环绕地球运行时可以不在同一条轨道上b 运行角速度相同c 运行线速度大小相等d 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 bc 达标测评随堂演练 检测效果 1 关于地球的第一宇宙速度 下列表述正确的是 a 第一宇宙速度又叫环绕速度b 第一宇宙速度又叫脱离速度c 第一宇宙速度跟地球的质量无关d 第一宇宙速度跟地球的半径无关 a 2 关于地球同步卫星的说法正确的是 a 所有地球同步卫星一定在赤道上空b 不同的地球同步卫星 离地高度不同c 不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等d 所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等 a 3 假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动 已知地球到太阳的距离小于火星到太阳