20172018学年高中物理专题6.5宇宙航行预基础版新人教版必修

1、第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行 【学习目标】1.正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 。【自主学习】牛顿的思考：从高山上水平抛出一物体，速度一次比一次大， 落地点也会一次比一次远，如果速度足够大，物体就不在落回地面，将 运动，成为 。一、规律探究：宇宙速度（1）.第一宇宙速度 叫做第一宇宙速度。推导：方法一：设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v1。飞行器运动所需的向心力是由 提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，根据牛顿第二定律

2、得方程： ，可解出v1 =_ _=_ _ km/s。方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以 ，解得v1 =_ _=_ _ km/s。（2）第二宇宙速度，是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。其值为：v2=_。（3）第三宇宙速度：是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的最小发射速度。其值是v3=_。二、人造地球卫星思考讨论：a.卫星绕地球做匀速圆周运动时，是什么力提供向心力？，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心， b.所以卫星做圆周运动的

3、圆心和地球的地心有什么关系？ 这样就存在三类人造地球卫星轨道：赤道轨道：卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。c.地球有很多人造地球卫星， 这些卫星有快有慢，如果卫星的运动是匀速圆周运动：（1）它们的运行的线速度与什么有关？说明：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。（2）它们的角速度与什么有关？（3）它们的周期与什么有关？（4）它们的的向心加速度与什么有关？ 讨论：如果卫星绕地球做匀速圆周运动，那么卫星的圆周运动半径越大，线速度越 ；角

4、速度越 ；周期越 ；向心加速度越 。(填“大”或“小”)与卫星质量 关。 (填“有”或“无”)12014年3月8日凌晨2点40分，马来西亚航空公司一架波音777-200飞机与管制中心失去联系.2014年3月24日晚，初步确定失事地点位于南纬31052、东京115052的澳大利亚西南城市柏斯附近的海域.有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时刻在该区域正上方对海面拍照，则（ ）A该卫星一定是地球同步卫星 B.该卫星轨道平面与南纬31°52所确定的平面共面C该卫星运行周期一定是地球自转周期的整数倍D地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍【答案】D【名师点睛】解决本题的关键是抓住

5、卫星绕地球做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力，由于卫星所受万有引力指向地心，故卫星所在轨道平面与地心共面，且地心为轨道的圆心，据此才能正确分析得出结论。2关于人造卫星说法正确的是（ ）A. 半径越大线速度越大 B. 半径越大角速度越大C. 半径越大周期越大 D. 半径越大受力越大【答案】C【解析】A、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，由地球的万有引力提供向心力，则有，可得， ， 则半径越大，速度越小，角速度越小，周期越大，则AB错误，C正确；D、根据万有引力公式： ，可以知道，半径越大受力越小，故选项D错误。点睛：人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，由地球的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律

6、列式进行即可。3（多选）暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命。为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星。已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间（小于其运动周期），运动的弧长为，与地球中心连线扫过的角度为（弧度），引力常量为G，则下列说法正确的是（ ）A、“悟空”的线速度大于第一宇宙速度B、“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C、“悟空”的环绕周期为D、“悟空”的质量为【答案】BC【名师点睛】由几何知识确定运动半径，根据万有引力提供向心力得出各量与轨道半径的关系；解决本题的关键

7、掌握万有引力提供向心力这一理论，并能根据题意结合向心力的几种不同的表达形式，选择恰当的向心力的表达式。4第一宇宙速度是指卫星在_绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的_速度第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的_发射速度，其大小为_【答案】 近地轨道 最大环绕 最小 7.9km/s【解析】第一宇宙速度是卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度，是卫星的最大绕行速度，也是进入近地轨道需要的最小发射速度，其数值为7.9km/s。故答案为： 近地轨道，最大环绕 ，最小 ，7.9km/s。5甲、乙为两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，甲的轨道半径小于乙的轨道半径，则甲的周期_乙的周期，甲的向心加速度_乙的向心加速度。（选填大于、等于或小于。）【答案】 小于 大于【解析】根据万有引力提供向心力，得； ， ，由此可知轨道半径越小，加速度越大，周期越小，因为甲的半径比乙小，故甲的加速度都比乙大，而周期比乙小。点睛：解决本题的关键掌握万有引力提供向心力，能够分析出加速度、周期与轨道半径的关系。6地球半径为 R，重力加速度为 g，研究下列问题： （1）人造卫星的第一宇宙速？ （2）若某颗气象卫星的高度等于地球的半径