高一物理必修二第三章第4节(人造卫星、宇宙速度)课件(PPT 31页)

1、第 三 章3.4人造卫星、宇宙速度第1页，共31页。课标定位1、了解人造卫星的相关知识；2、掌握人造卫星的运行规律；3、知道三个宇宙速度，并能计算第一宇宙 速度；4、通过了解人造卫星的运行原理，认识万 有引力定律对科学发展所起的作用；课时一第2页，共31页。阅读教材p52p54，思考并回答：1、什么是卫星 ? 什么是人造卫星 ? 3、什么是同步卫星 ? 什么是近地卫星 ? 2、怎样计算卫星的绕行速度、周期、角速度 ?4、什么是宇宙速度 ? 怎样计算第一宇宙速度 ? 第3页，共31页。一、什么是卫星 ? 什么是人造卫星 ? 1卫星：一些自然的或人工制造的、能在太空中绕行星运动的物体。2人造卫星：

2、人类应用火箭技术结合各种先进技术，发射到太空中的用于通信、导航、收集气象数据和其他许多领域内进行科学研究的绕地球运动的仪器。第4页，共31页。3、人造卫星的运行规律：（v、w、T） 地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力。说明：人造卫星的轨道可以是圆也可以是椭圆，只有是圆的时候上述规律才适用。 由于万有引力始终指向地心，所以卫星的轨道平面必过地心。第5页，共31页。一般卫星极地卫星赤道卫星第6页，共31页。 地面上的物体，怎样才能成为绕地球表面运动的人造地卫星呢？ 发射速度不能小于7.9km/s播放【问题】怎样计算这个最小发射速度呢？（设地球质量为M，半径为R，引力常量为G）这样的卫星

3、轨道半径为多少？ 轨道半径为地球的半径即r=R地绕地球表面（表面附近）运行的卫星我们把它称为近地卫星第7页，共31页。7.9km/s等于近地卫星的运行速度。7.9km/s是发射人造卫星的最小发射速度。（若小于7.9km/s则地球引力大于卫星所需要的向心力，卫星将落回地面）由 知r越大，v越小，r越小，v越大。则7.9km/s是卫星最大的运行速度。第一宇宙速度第8页，共31页。二、什么是宇宙速度? 1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒；（能够使卫星环绕地球运行所需的最小发射速度）怎样求解第一宇宙速度？交流讨论 怎样得到的？第9页，共31页。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千

4、米/秒；（卫星挣脱太阳束缚所需的，在地球表面发射的最小速度）2、第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒； （卫星挣脱地球束缚所需的，在地球表面发射的最小速度）第10页，共31页。第11页，共31页。三、什么是同步卫星？它有怎样的特点？1、运行方向一定。（与地球自转方向一致）2、周期和角速度一定。（运行周期与地球自转周期相同T24 h）地球同步卫星的特点（5个一定） 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星第12页，共31页。轨道高度一定。（所有的同步卫星的轨道高度为一个定值，即所有的同步卫星处在同一轨道上）代入数据得：h=3.6107(m)3、轨道一定轨道平面一定。（要与地球同步，

5、同步卫星的轨道平面必须与赤道平面共面，即所有同步卫星都在赤道的正上方）第13页，共31页。5、向心加速度一定。4、速度一定。解得： 一定=由第14页，共31页。【说明】1、为了同步卫星之间不互相干扰，大约3左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。2、同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。第15页，共31页。【练习1】人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是() A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关B第16页，共31页

6、。【练习2】 如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下面说法正确的是()Ab、c的线速度大小相等且大于a的线速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度。C. b、c的周期相等且大于a的周期。Db、c的向心力相等且大于a的向心力。Cabc第17页，共31页。【例题3】人造卫星的天线偶然折断，天线 将做（ ） A.自由落体运动 B.平抛运动 C.远离地球飞向太空 D.继续和卫星一起沿轨道运转 D第18页，共31页。【例题4】下列关于同步通信卫星的说法中不正确的是 ()A同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是确定的。B同步通信卫星

7、的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择高度增加，速率增大。高度降低，速率减小，仍同步。C我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min， 比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步卫星低D同步通信卫星的运行速率比我国发射的第一颗人造卫星的运行速率小B第19页，共31页。【例题5】金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍，已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s则金星的第一宇宙速度是多大 ?【解】设地球半径为R，金星的半径为R=0.95R，地球质量为M，金星质量M =0.82m，金星的第一宇宙速度为v1，则由题可得：对地球：对金星：得：得：第20页，共31页。课标

8、定位课时二1、理解掌握近地卫星、同步卫星和赤道上 随地球自转的物体三种匀速圆周运动的 异同。2、同步卫星变轨问题的分析与处理。3、掌握双星问题的处理方法。第21页，共31页。一、近地卫星、同步卫星和赤道上随地球 自转的物体三种匀速圆周运动的异同动力学规律：近地卫星和同步卫星都只受万有引力作用，满足万有引力充当向心力所决定的天体运行规律。赤道上的物体由万有引力的分力充当向心力)，它的运动规律不同于卫星的运动规律比较方法：同步卫星与赤道上物体比较。同步卫星与近地卫星比较。第22页，共31页。1、轨道半径：近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同，同步卫星的轨道半径较大。r同r近r物2、运行周期：T物=T

9、同 T近 （ 轨道半径大的周期就大，所以T同 T近 ） 3、角速度：W近 W同W物 （由 知：轨道半径大的角速度就小，所以 W近 W同 ）4、线速度：V近 V同 V物 （由V=rw知：角速度相同，轨道半径大的线速度就大，所以 V同 V物 。由 知轨道半径大的线速度就小，所以V近 V同）第23页，共31页。=5、向心加速度： 由 知： 知： 注意：近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体向心力来源不一样，切不可把它们看成同类型的圆周运动来比较。二、同步卫星变轨问题的分析与处理。若供需，供求平衡物体做匀速圆周运动若供需，供不应求物体做离心运动若供需，供过于求物体做向心运动第24页，共31页。pQ

10、ABC 同步卫星的发射和回收过程一般需要对卫星加速或减速，使其变轨，并逐步把卫星送到更高的轨道或更低的轨道，从而达到卫星的发射和回收。如下图:先把卫星送到离地面较低的圆轨道A，在P点经过点火加速，把卫星送到椭圆轨道B，然后在Q点再次加速，把卫星送到同步卫星轨道上。VAPVBPVBQVCQVCQVAPVAQVCQVAPVBPaAP=aBPaBQ=aCQaCQaAPaBQ=aCQaAP=aBP第25页，共31页。 变轨问题比较切点速度时不能直接由此处 （ ）来比较。它只适用圆轨道的比较，椭圆轨道不适用。关键看是加速还是减速来比较。同样比较切点处加速度时也不能用 来比较。关键看此处的合力，即要用 来

11、比较。 =注意：思考：同一轨道运行的两颗卫星，其中一颗 加 速或减速，两卫星会相撞吗？为什么？第26页，共31页。A卫星在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越小B卫星在轨道C上经过Q点的速率大于在轨道A上经过P点的速率C卫星在轨道B上经过P点时的向心加速度与在轨道A上经过P点的向心加速度是相等的D卫星在轨道B上经过Q点时受到地球的引力小于经过P点时受到地球的引力【练习】 如上图所示，轨道A与轨道B相切于P点，轨道B与轨道C相切于Q点，以下说法正确的是( )ACD第27页，共31页。三、双星问题的分析与处理 两颗离得很近的恒星称为双星，这两颗星必须以一定速率绕某一中心转动，才不至于由于万行引力

12、作用而吸引在一起。已知质量分别为ml、m2，相互之间的距离为L，引力常量为G.试求这两颗星转动中心的位置距m2的距离 这两颗星的转动线速度。om1m2特点：m1、m2周期角速度相等。m1、m2向心力大小相等， 为它们之间的万有引力。第28页，共31页。解析：设m1、m2做圆周运动的半径分别为r1、r2,角速度均为。根据题意有： r1+r2=L 根据万有引力定律和牛顿运动定律,有：由解得：r1= r2= 第29页，共31页。【练习】（08宁夏理综23)天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星.双星系统在银河系中很普遍.利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量.已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连