金版学案13-14物理(人教版)必修2课件：6.5宇宙航行

1、第五节宇第五节宇 宙宙 航航 行行“嫦娥三号”卫星简称“嫦娥三号”，是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥系列的第三颗人造绕月探月卫星“嫦娥三号”要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动根据中国探月工程三步走的规划，中国将在2013年前后进行首次月球软着陆探测和自动巡视勘察1了解人造卫星的有关知识，知道其运动规律2知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度3了解人类探索宇宙的成就课前预习一、人造卫星1牛顿对人造卫星原理的描绘设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大可以想象，当初速度_时，这颗炮弹将不会落到地

2、面，将和月球一样成为地球的一颗人造地球卫星2人造卫星绕地球运行的动力学原因人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由_提供足够大万有引力_二、宇宙速度1_的速度，叫做第一宇宙速度，也叫地面附近的环绕速度2近地卫星的轨道半径为：r_，万有引力提供向心力，则有 .从而第一宇宙速度为：v_km/s.3第二宇宙速度的大小为_如果在地面附近发射飞行器，发射速度7.9 km/sv11.2 km/s；则它绕地面运行的轨迹是_4第三宇宙速度的大小为_，即若在地面附近发射一个物体，使物体能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，则必须使它的速度等于或大于第三宇宙速度16.7

3、km/s物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动R2GMmR2vmRGMR7.911.2 km/s椭圆人造卫星的轨道有什么特点？卫星运行时有哪些规律？1卫星的轨道卫星绕地球运行的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道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行的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示2运行规律人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动地球对卫星的万有引力提供向心

4、力，设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度为，周期为T，向心加速度为a.3卫星变轨在人造卫星的运行过程中，由中心天体对卫星的万有引力充当向心力当万有引力恰好充当向心力时，卫星在原轨道上运动，若所需向心力大于或小于万有引力时，卫星就会脱离原轨道，发生变轨名师提示：人造地球卫星的运动情况(线速度、角速度、周期等)是由其轨道半径r唯一决定的，与卫星自身的质量等因素无关在轨道半径、线速度、角速度和周期这四个物理量中，当一个量发生变化时，另外三个量会同时发生变化(1)当卫星速度变小时，由F向m 知其绕行所需向心力减小，但万有引力提供的向心力不变，故卫星轨道半径减小(2)当卫星速度变大时，其绕行所需

5、向心力增加，但万有引力提供的向心力不变，故卫星做离心运动，轨道半径增加2vr尝试应用1人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，关于其各物理量间的关系，下面说法正确的是()A半径越大，速度越小，周期越小B半径越大，速度越小，周期越大C所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关D所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关答案：B怎样理解第一宇宙速度？怎样区分人造卫星的发射速度和绕行速度？1第一宇宙速度的推导2第一宇宙速度的意义当卫星距地心的距离越远，由v 可知，运动的速度越小，所以7.9 km/s是人造卫星环绕地球的最大运动速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度它是发射人造卫星所必须具备的最小速度(1)如果卫星

6、的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)如果卫星的速度等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近做匀速圆周运动；(3)如果卫星的速度大于7.9 km/s而小于11.2 km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点MGr3人造卫星的发射速度和绕行速度(1)发射速度是指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度(2)运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度

7、根据v 可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速度(环绕速度)就越小MGr名师提示：本节中的宇宙速度是指在地球上满足不同要求的发射速度，不能理解成运行速度使物体成为卫星，7.9 km/s是发射卫星的最小速度，要使卫星在较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于7.9 km/s，即v发7.9 km/s.卫星的绕行速度v7.9 km/s，即7.9 km/s是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，即卫星紧“贴”地面的环绕速度 尝试应用2关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是()A它是人造地球卫星绕地球运转的最小速度B它是人造卫星在近地圆形轨道上的远行速度C它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速度D它是卫星在椭圆轨道

8、上运行时近地点的速度解析：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明在近地点的速度大于环绕速度答案：BC人造卫星的v、T与r的关系 如图所示，是同一轨道平面内的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是()A根据v ，可知vAvBFBFCC角速度ABCD向心加速度aAaBaCgr名师归纳：卫星绕中心天体做匀速圆周运动时，其向心加速度a、线速度v、角速度、转速(每秒转的圈数)n和周期T都跟卫星的质量无关，但与中心天体的质量有关；不同的卫星绕同一中心天体做匀速圆周运动时，其轨道半径越大，则周期T也越大，但向心加速

9、度a、线速度v、角速度和转速n越小答案：C变式应用1(2012年山东理综)2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为v1、v2.则等于 ()12vv答案：B第一宇宙速度 我国已发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为

10、()181A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D36 km/s14答案：B名师归纳：处理天体运动问题，就要明确天体表面重力加速度、第一宇宙速度及天体质量与半径的关系，熟练运用这些关系去解决问题 变式应用2假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来的半径的2倍那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的()答案：B基础练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答案：A2我国发射的“天宫一号”和“神州八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350

11、km，“神州八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则()A“天宫一号”比“神州八号”速度大B“天宫一号”比“神州八号”周期长C“天宫一号”比“神州八号”角速度大D“天宫一号”比“神州八号”加速度大答案：B3可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道()A与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的解析：人造卫星飞行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人

12、造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故A是不对的；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B也是不对的；相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为3.6106米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动 答案：CD4一颗人造地球卫星以初速度v发射后，恰可绕地球表面做匀速圆周运动，若使发射速度为2v，则该卫星可能()A绕地球做匀速圆周运动，周期变大B绕地球运动，轨道变为椭圆C不绕地球运动，成为太

13、阳系的人造卫星D挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙解析：本题考查宇宙速度知识，若以v发射，卫星恰绕地球表面做匀速圆周运动，则v7.9 km/s，该速度为第一宇宙速度，即环绕速度，以2v发射，该速度大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，故此卫星将摆脱地球引力的束缚，成为太阳系的人造行星，故选C.答案：C5一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后做匀速圆周运动，动能减小为原来的1/2，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的()A向心加速度大小之比为4:1B角速度大小之比为2:1C周期之比为1:8D轨道半径之比为1:2答案：C6.2008年9月27日，“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成

14、出舱活动，他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来“神舟七号”绕地球近似做匀速圆周运动，其轨道半径为r，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为2r，则可以确定() A卫星与“神舟七号”的加速度大小之比为1:4B卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1: C翟志刚出舱后不再受地球引力D翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如他不小心将实验样品脱手，则样品将做自由落体运动2答案：AB提高练72011年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星建成以后北斗导航系统将包含多颗地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS导航系统的依赖GPS由运行周期为12小时的卫星群组成设北斗导航系统的同步卫星和GPS导航卫星的轨道半径分别为R1和R2，向心加速度分别为a1和a2，则R1:R2_，a1:a2_.(可用根式表示)8.卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送.如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8 km，运行周期约为27天，地球半径约为6 400 km，无线电信号的传播速度为3 m/s.）（ ）A.0.1s B.0.25sC.0.5s D.1s510810解析：解析：根据，结合已知数据，解得地球同