2018-2019学年高中物理_第三章 万有引力定律及其应用 第三节 飞向太空课件 粤教版必修2

第三节飞向太空 第三章万有引力定律及其应用 内容索引 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 自主预习 1 火箭的原理利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的 使火箭射出 2 火箭的组成 主要有和两部分 3 多级火箭 多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合 一般用三级 火箭起飞时 第一级火箭的发动机 点火 推动各级火箭一起前进 当这一级的燃料燃尽后 第二级火箭开始工作 并自动脱掉 第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速 以此类推 最终达到所需要的 一 火箭 反作用力 向前 壳体 燃料 第一级火箭的 外壳 速度 1 遨游太空1957年10月4日 发射了第一颗人造地球卫星 1961年4月12日 世界第一艘载人宇宙飞船 东方1号 带着苏联宇航员环绕地球一圈 1969年7月20日 的 阿波罗11号 宇宙飞船将两名宇航员送上了月球 1971年4月9日 苏联发射了 礼炮1号 1973年 美国将 天空实验室 送入太空 实现了人类无法在地面上进行的各种科学实验 1981年4月12日 美国 哥伦比亚号 首次载人航天飞行试验成功 2003年10月15日 我国首次航天飞行取得圆满成功 二 航天技术的发展历程 加加林 美国 空间站 空间站 航天飞机 载人 苏联 2 空间探测器1962年美国的 水手2号 探测器第一次对进行了近距离考察 1989年美国宇航局发射的 伽利略号 探测器飞行6年到达 对进行了长达7年的考察 2003年美国的 勇气号 与 机遇号 探测器分别发射成功 经过七个多月的旅行后 勇气号 于2004年1月登陆 2007年中国的 嫦娥一号 月球探测器发射成功 2010年中国的 嫦娥二号 月球探测器发射成功 2013年中国的 嫦娥三号 月球探测器成功登月 金星 木星 木星 火星 火星 即学即用判断下列说法的正误 1 在地面上发射人造卫星的最小速度是7 9km s 2 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 3 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 4 使火箭向前射出的力是它利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的作用力 答案 重点探究 一 火箭与人造卫星的发射 1 人造卫星 人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度 发射速度大于7 9km s可进入绕地球飞行的轨道 成为人造地球卫星 发射速度大于或等于11 2km s可成为太阳的人造行星或飞到其他行星上去 2 三级火箭 1 一级火箭的最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度 发射卫星要用多级火箭 2 三级火箭的工作过程火箭起飞时 第一级火箭的发动机 点火 燃料燃尽后 第二级火箭开始工作 并且自动脱掉第一级火箭的外壳 以此类推 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备 这些附属设备具有一定的质量 并且级数越多 连接部位的附属设备质量越大 并且所需的技术要求也相当精密 因此 火箭的级数并不是越多越好 一般用三级火箭 例1 多选 一颗人造地球卫星以初速度v发射后 可绕地球做匀速圆周运动 若使发射速度增大为2v 则该卫星可能A 绕地球做匀速圆周运动B 绕地球运动 轨道变为椭圆C 不绕地球运动 成为太阳的人造行星D 挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙 答案 解析 解析以初速度v发射后能成为人造地球卫星 可知发射速度v一定大于第一宇宙速度7 9km s 当以2v速度发射时 发射速度一定大于15 8km s 已超过了第二宇宙速度11 2km s 也可能超过第三宇宙速度16 7km s 所以此卫星不再绕地球运行 可能绕太阳运行 或者飞到太阳系以外的宇宙 故选项C D正确 1 人造地球卫星的轨道特点卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道 也可以是圆轨道 1 卫星绕地球沿椭圆轨道运动时 地心是椭圆的一个焦点 卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律 二 人造地球卫星 2 卫星绕地球沿圆轨道运动时 因为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 所以地心必定是卫星圆轨道的圆心 3 卫星的轨道平面可以在赤道平面内 如同步卫星 可以通过两极上空 极地轨道 也可以和赤道平面成任一角度 如图1所示 图1 2 地球同步卫星地球同步卫星位于地球赤道上方 相对于地面静止不动 它跟地球的自转角速度相同 广泛应用于通信 又叫同步通信卫星 地球同步卫星的特点见下表 例2 多选 静止 在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面 为天气预报提供准确 全面和及时的气象资料 设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍 下列说法中正确的是A 同步卫星距地面的高度是地球半径的 n 1 倍B 同步卫星运行速度是第一宇宙速度的C 同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的D 同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的 忽略地球的自转效应 答案 解析 解析地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍 所以同步卫星距地面的高度是地球半径的 n 1 倍 A正确 同步卫星与地球赤道上的物体具有相同的角速度 根据v r 知 同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转的速度的n倍 C错误 针对训练1如图2所示 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统 其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星 已知中地球轨道卫星的轨道高度在5000 15000km 则下列说法正确的是A 中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度B 上述两种卫星的运行速度可能大于7 9km sC 中地球轨道卫星绕地球一圈时间大于24小时D 静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期 答案 图2 例3如图3所示 A为地面上的待发射卫星 B为近地圆轨道卫星 C为地球同步卫星 三颗卫星质量相同 三颗卫星的线速度大小分别为vA vB vC 角速度大小分别为 A B C 周期分别为TA TB TC 向心加速度分别为aA aB aC 则A A CaB 三 赤道上物体 同步卫星 和 近地卫星 的比较 图3 答案 解析 解析同步卫星与地球自转同步 故TA TC A C 由v r及a 2r得vC vA aC aA 知vB vC B C TBaC 故可知vB vC vA B C A TBaC aA 选项A正确 B C D错误 同步卫星 近地卫星 赤道上物体的比较1 同步卫星和近地卫星相同点 都是万有引力提供向心力由上式比较各运动量的大小关系 即r越大 v a越小 T越大 2 同步卫星和赤道上物体相同点 周期和角速度相同不同点 向心力来源不同对于同步卫星 有 ma m 2r对于赤道上物体 有 mg m 2r因此要通过v r a 2r比较两者的线速度和向心加速度的大小 针对训练2 多选 关于近地卫星 同步卫星 赤道上物体 以下说法正确的是A 都是万有引力等于向心力B 赤道上的物体和同步卫星的周期 线速度 角速度都相等C 赤道上的物体和近地卫星的线速度 周期不同D 同步卫星的周期大于近地卫星的周期 答案 解析 解析赤道上的物体是由万有引力的一个分力提供向心力 A项错误 赤道上的物体和同步卫星有相同周期和角速度 但线速度不同 B项错误 赤道上物体 近地卫星 同步卫星三者间的周期关系为T赤 T同 T近 根据v r可知v赤 v同 则线速度关系为v赤 v同 v近 故C项正确 达标检测 1 人造卫星的发射 2013年6月11日17时38分 神舟十号 飞船在酒泉卫星发射中心发射升空 航天员王亚平进行了首次太空授课 在飞船进入离地面343km的圆形轨道环绕地球飞行时 它的线速度大小A 等于7 9km sB 介于7 9km s和11 2km s之间C 小于7 9km sD 介于7 9km s和16 7km s之间 1 2 3 4 答案 解析 1 2 3 4 2 对同步卫星的认识 下列关于我国发射的 亚洲一号 地球同步通讯卫星的说法 正确的是A 若其质量加倍 则轨道半径也要加倍B 它在北京上空运行 故可用于我国的电视广播C 它以第一宇宙速度运行D 它运行的角速度与地球自转角速度相同 答案 解析 1 2 3 4 解析由同步卫星的轨道固定可知轨道半径与卫星质量无关 A错 同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合 即在赤道上空运行 不能在北京上空运行 B错 第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度 而同步卫星在高轨道上运行 其运行速度小于第一宇宙速度 C错 所谓 同步 就是卫星保持与赤道上某一点相对静止 所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同 D对 3 对同步卫星的认识 多选 我国数据中继卫星 天链一号01星 在西昌卫星发射中心发射升空 经过4次变轨控制后 成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点的 天链一号01星 下列说法中正确的是A 运行速度大于7 9km sB 离地面高度一定 相对地面静止C 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大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 1 2 3 4 答案 解析 1 2 3 4 由于 天链一号01星 的运行周期T是一定的 所以轨道半径r一定 离地面的高度一定 B正确 1 2 3 4 同步卫星与静止在赤道上的物体具有相同的转动周期T 且赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径 由a 2r得赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度 D错误 4 同步卫星与赤道上物体及近地卫星的比较 多选 如图4所示 同步卫星与地心的距离为r 运行速率为v1 向心加速度为a1 地球赤道上