全日制高中物理 7.3人造卫星 宇宙速度教学案 新人教版必修2

1、人造卫星 宇宙速度学习目标: 1知道人造卫星的运行原理和轨道。2知道三个宇宙速度。3掌握人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。学习重点: 1人造卫星的运行原理和轨道。2人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。学习难点: 人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。主要内容:一、人造卫星的运行原理和轨道 1运行原理：2运行轨道二、宇宙速度： 1第一宇宙速度(环绕速度)：2第二宇宙速度(脱离速度)： 3第三宇宙速度(逃逸速度)：三、人造卫星的发射速度和运行速度 人造卫星的发射速度与运行速度是两个不周的概念。所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一

2、旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定高度，进入运动轨道。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行，如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。 所谓运行速度，是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。根据知，人造卫星距地面越高(即轨道半径r越大)，运行速度越小。实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：1 1

3、2kmy>v发79kms>v运四、人造卫星绕行线速度、角速度、周期与半径的关系 1线速度与半径的关系：2角速度与半径的关系：3周期与半径的关系：由五、地球同步卫星 所谓地球同步卫星，是相对地面静止的跟地球自转同步的卫星。卫星要与地球自转同步，必须满足下列条件： 1卫星绕地球的运行方向与地球自转方向相同，且卫星的运行周期与地球 自转周期相同(即等于24h)。 2卫星运行的圆形轨道必须与地球的赤道平面重合。 3卫星的的轨道高度一定(距地面36万公里)。【例一】关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是： A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小遮度 B它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C它

4、是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D它是卫星在椭圆轨道上运动时在近地点的速度 【例二】设地球半径为R，一颗人造卫星在离地面高度h=R的圆形轨道上运行，其运行速度是第一宇宙速度的多少倍? 【例三】把一颗质量为2t的人造地球卫星送入环绕地球运行的圆形轨道，已知地球质量为6×1024kg，半径为64×103km。这颗卫星运行的周期是多少小时？ 【例四】假设同步1J星的轨道半径足地球赤道半释的胛倍，则： 彳·j司步1j晕的向心加速度足赤道上物体m山加速度的(起+1)倍 B·J司步1j星的向心加速度足赤道上物体向一心加速度的胛倍 c-J刮步Ii星的向心加速

5、度足赤道上物体向心加速度的三倍 D·J司步_l丁星的向心加速度足赤道上物体重力加速度的以倍课堂训练l_ LLtfJ星绕地球作匀速圆周运动，则离地面越近的卫星，其( )(A)速度越大 B角速度越大 c向心加速度越大 D周期越长r当人造卫星绕地球做匀速圆周爿定等于79千米秒C·定大于79千米秒运动时，其绕行速度( )B·定小于79干米秒；，D介十7。9112 T米秒：+然焉湍?黼蓊供B宇航鼬觉处于失重状态4+凡审舱做圆周运动的向心力由地球对它的引力旋供 ·r子凯贝瑟r见处了大里1八芯裂内篙无4热蝴蝴寸了D1984 8 镒瓣景篷基公转觚跟4我国在 年 月 目成

6、功地发射了颗通汛1_J星，这颗Ii星绕地球公转嗣用逐厦叫业健地球自转的角速度u2之比ul“2=只然半径为R。，地球表面处的重力加速度为g，一颗人造j星围绕地球做匀速圆周运动，1。地球的半径为o，地球表面处的重力加速度为 ，一颗人造lJ星围绕地坏1取刽避圆刷垤列A：瞳星的速度大小为 曰一p星的角速度大小为c卫星的加速度大小为g2 Dp星的运动周期芫2两颗人造卫星4和B的质量之比为1：2，它们的轨道半释之比为3：1，-a,-JWJ,fr恰好-与地球在同一条直线上，q。知两颗p星的( )爿线速度之比v4：v旷1：3 B向心加速度之比吼：盘片。1：3C向心力之比几：凡：1：1 8 D周期之比乃：3-1

7、 。 3桑人造地球卫星离地面高度等于地球的直径，它绕地球作匀速圆周运动的厂uj心加速度(以米秒。为单位)最接近于以下四个数值中的( )A5 B1C05。D、0。1。r'-r'-r'-r'-r-E，丰=窗讪丙M宣离p书帚刊FI碲的I坐裕 LrT#爿、 厶 且 ，0#=一，tj4拍rtn r们旦rt中 工J诉市十“。P、I扑：巴4午4Jfj m表不地琳迥。mI一星Ll口J少Ii生flu)Y4仪小b网。“”旷“一。鳓表示地球表面的重力加速度，缈0表示地球目转的角速度，则像l!壁所义削地球刈匕驯。伺引力的大小为( )5地球半径为R，地面的重力加速度为g，某小星距地面的高

8、度也为R，设卫星作匀速圆周运动，下列说法正确的是( )彳星的线速度为 Bp星的角速度为Cp星的加速度为DjIJ望的周期为6环绕地球。做匀速圆周运动的人造卫星，距地面高度越大，彳线速度和周期越大 B线逐度午周期越小C线速度越大，周期越小D线速度越小，周期越大7如果地球自转速度加快以使赤道上的物体能克服地球引力以下说法中正确的是( )叮脱离地面飘浮起来，这时地球自转的最大周期p(地球半径为尺，地面重力加速度为g)8已知地球半径约为64×106m，又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月球到地心的距离约为 m。(结果只保留一位有效数字)9如果有一个行星质量是地球的l8，半径

9、是地球半释的12。求在这一行星上发射卫星的环绕速度。10甲、乙两颗人造地球卫星在同一轨道平面上的不同高度处同向运动(可视为匀速圆周运动)，甲距地面的高度为地球半径的O5倍，乙距地面的高度为地球半径的5倍，两卫星的某一时刻正好位于地球表面某点的正上空，求： (1)两卫星运行的线速度之比?(2)乙卫星至少要经过多少周期，两卫星间的距离才会达到最大?11无人飞船“神州二号”曾在离地面高度为H=34×105m的圆轨道上运行了47小时。求在这段时间内它绕行地球多少圈?(地球半径R=637×106m，重力加速度g=98ms2)阅读材料：静止卫星为何要多次点火1997年5月12日O时，我

10、国新一代通信卫星东方红三号由长征三号甲火箭发射升空。东方红三号卫星升空后首先进入了近地点高209km、远地点高36194km、倾角283的地球同步转移轨道当日下午4时，卫星上490牛推力的远地总发动机第一次点火，50分钟后，卫星变轨成功，其近地点提高到6488km，倾角减少到l 2.3(远地点高度为36194km不变)5月13日、14日，在西安卫星测控中心控制下，卫星上远地点发动机又先后两次点火，卫星顺利进入地球准同步轨道此后，用卫星上l O牛推力器进行位置捕获，使卫星于5月20日定点在东经125的赤道上空。为什么该卫星要经3次变轨及位置捕获才能定点工作呢?这是由于地球静止轨道高度约3586O

11、km，且轨道倾角为0(在该轨道运行的卫星，从地球上看好像是不动的，卫星运行周期与地球自转周期相等)。要把卫星送到这个高度，并使卫星以307kms同步速度运行，这就要求火箭能够达到1O4kms的速度它已接近第二宇宙速度(112kms)，一般火箭很难“一步到位”，再因发射场不在赤道上，所以通常须进行多次变轨才能进入预定的地球静止轨道。 我国发射静止轨道卫星一般是这样的：用火箭把卫星送入约近地点200km、远地点36OOOkm、倾角285的椭圆形轨道卫星在运行到远地点附近时，几次用卫星上远地点发动机变轨，不断抬高近地点高度，使椭圆形轨道逐渐拉高为距地面高36000砌的圆轨道卫星进入准同步轨道后，靠星上小推力器向定点位置飘移，并调整轨道的各个参数使卫星的轨道倾角接近零，轨道周期接近于地球自转周期卫星定点后还要进行定点保持由于地球扁率和太阳光压会引起卫星在定点位置的东西方向上飘移，要克服这种飘移，使卫星保持在定点位置的±O1。范围，需用星上推力器不断进