6.5 宇宙航行 課件（人教版必修2）

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5 宇宙航行,1．知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度． 2．掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系． 3．了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識及我國衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情.,1．牛頓的設(shè)想 如圖6－5－1所示，當(dāng)物體的_______足夠大時，它將會圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地球表面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動的_____________．,人造地球衛(wèi)星,圖6－5－1,初速度,人造地球衛(wèi)星,2．原理,勻速圓周,萬有引力,,,思考1：衛(wèi)星離地面越高，其線速度是越大還是越小？,1．假如一做圓周運動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的2倍，仍做圓周運動，則 ( )． A．根據(jù)公式v＝ωr，可知衛(wèi)星運動的線速度將增大到原來的2倍,答案 CD,宇宙速度,7.9,勻速圓周運動,11.2,地球,16.7,太陽,最小,思考2：下列說法是否正確： (1)繞地球做圓周運動的人造衛(wèi)星的速度可以是10 km/s. ( ) (2)在地面上發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是7.9 km/s.( ) 提示：衛(wèi)星繞地球做圓周運動飛行時的軌道半徑越小，其線速度就越大，最大速度等于第一宇宙速度7.9 km/s，(1)錯；地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度為7.9 km/s，即第一宇宙速度． (1)錯 (2)對,2.關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是 ( )． A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小發(fā)射速度 B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 C．第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度 D．第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度 答案 A,3．關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是( )． A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度 B．第一宇宙速度又叫脫離速度 C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān) D．第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān),答案 A,1957年10月_____成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星； 1969年7月美國“阿波羅11號”登上______； 2003年10月15日我國航天員_______踏入太空； 2007年10月24日我國“嫦娥一號”發(fā)射升空； 2008年9月27日“神舟七號”宇航員翟志剛順利完成出艙活動任務(wù)． 2010年10月1日18時59分57秒“嫦娥二號”衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功．,夢想成真,蘇聯(lián),月球,楊利偉,2011年11月3日和14日，“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標(biāo)飛行器兩次成功對接． 2012年6月16日，“神舟九號”飛船及三名宇航員順利升空．,4．如圖6－5－2所示，宇航員在圍繞地球做勻速圓周運動的空間站中會完全失重，下列說法中正確的是 ( )． A．宇航員仍受萬有引力的作用 B．宇航員受力平衡 C．宇航員受萬有引力和向心力 D．宇航員不受任何作用力,圖6－5－2,解析 在繞地球做勻速圓周運動的空間站中，宇航員仍受萬有引力作用，萬有引力充當(dāng)向心力，對支持物不再有壓力，對懸掛物不再有拉力，處于完全失重狀態(tài)，所以此時宇航員受且只受萬有引力的作用．A項正確． 答案 A,人造衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系 衛(wèi)星在軌道上運行時，若衛(wèi)星的軌道為圓形，則衛(wèi)星受到的萬有引力全部提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力． 設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r，線速度大小為v，角速度大小為ω，周期為T，向心加速度大小為a. 根據(jù)萬有引力定律、牛頓第二定律和向心力公式得,人造衛(wèi)星的運動規(guī)律,【典例1】 如圖6－5－3所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是 ( )．,圖6－5－3,答案 C,(1)人造衛(wèi)星運動問題的處理思路： 將人造衛(wèi)星視為繞地球(或其他天體)做勻速圓周運動，所需向心力等于地球(或其他天體)對衛(wèi)星的萬有引力，即：,(2)人造衛(wèi)星的軌道及特點 ①人造衛(wèi)星的軌道有：赤道軌道、極地軌道及其他軌道．如圖6－5－4所示 ②軌道特點 所有的軌道圓心都在地心．,圖6－5－4,【跟蹤1】 設(shè)地球的半徑為R，質(zhì)量為m的衛(wèi)星在距地面高為2R處做勻速圓周運動，地面的重力加速度為g，則 ( )．,答案 AC,1.第一宇宙速度是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大環(huán)繞速度，也是最小發(fā)射速度． 2．當(dāng)在地面上以7.9 km/sv11.2 km/s的速度發(fā)射衛(wèi)星時，該衛(wèi)星的軌道是橢圓，地球位于橢圓的一個焦點上． 3．三個宇宙速度分別為三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度．不同星球的第一宇宙速度不同．,對三個宇宙速度的理解,答案 B,第一宇宙速度的推導(dǎo)方法 對于近地人造衛(wèi)星，軌道半徑r近似等于地球半徑R＝6 400 km，衛(wèi)星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛(wèi)星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，則,【跟蹤2】 金星的半徑是地球的0.95倍，質(zhì)量為地球的0.82倍．那么(g取10 m/s2)： (1)金星表面的自由落體加速度是多大？ (2)金星的第一宇宙速度是多大？,答案 (1)9.09 m/s2 (2)7.34 km/s,地球同步衛(wèi)星有七個“一定” (1)運行方向一定：同步衛(wèi)星的運行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向一致． (2)周期一定：運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24 h； (3)角速度一定：等于地球自轉(zhuǎn)角速度． (4)軌道平面一定：所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面內(nèi)； (5)高度一定：離地面高度為36 000 km； (6)速率一定：運轉(zhuǎn)速率均為3.1×103 m/s； (7)向心加速度的大小一定：均約為0.23 m/s2.,同步衛(wèi)星,【典例3】 下面關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法中，不正確的是 ( )． A．同步通信衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步衛(wèi)星的高度和速率都是確定的 B．同步通信衛(wèi)星的高度、速度、周期中，有的能確定，有的不能確定，可以調(diào)節(jié) C．我國發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114 min，比同步通信衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造衛(wèi)星離地面的高度比同步通信衛(wèi)星的低 D．同步通信衛(wèi)星的速率比我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的速率小,答案 B,對于同步衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、極地衛(wèi)星等一些特殊衛(wèi)星要注意加以理解、辨析．要注意同步衛(wèi)星的特殊性，不管什么衛(wèi)星在軌道上運行時，都是受到的萬有引力全部提供向心力，產(chǎn)生向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài)．,【跟蹤3】 我國在2012年5月26日成功發(fā)射了“中星2A”通信廣播地球同步衛(wèi)星．在某次實驗中，飛船在空中飛行了36 h，環(huán)繞地球24圈．那么，同步衛(wèi)星與飛船在軌道上正常運轉(zhuǎn)相比較 ( )． A．同步衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期比飛船大 B．同步衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速率比飛船大 C．同步衛(wèi)星運轉(zhuǎn)加速度比飛船大 D．同步衛(wèi)星離地高度比飛船大,解析 宇宙飛船在太空中環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)時，飛船就相當(dāng)于地球的一顆衛(wèi)星，此衛(wèi)星與同步衛(wèi)星相比有一些不同，但也有相同之處，那就是萬有引力提供向心力．由萬有引力定律和牛頓第二定律得,答案 AD,疑難突破2 衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題 1.發(fā)射速度與環(huán)繞速度,2．穩(wěn)定運行和變軌運行,典例剖析 【典例】 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖6－5－5所示．當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是 ( )．,圖6－5－5,A．衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度 C．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大小大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度大小 D．衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度大小等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度大小,答案 BD,【審題技巧】 衛(wèi)星變軌問題是天體運動中的難點，處理此類問題有以下兩點技巧：,(2)衛(wèi)星到達橢圓軌道與圓軌道的切點時，衛(wèi)星受到的萬有引力相同，所以加速度相同．,【我來沖關(guān)】 探測器繞月球做勻速圓周運動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運動，則變軌后與變軌前相比( )． A.軌道半徑變小 B．向心加速度變小 C．線速度變小 D．角速度變小,答案 A,【狀元微博】 衛(wèi)星、飛船變軌問題的處理方法 (1)衛(wèi)星、飛船做圓周運動,(3)飛船對接問題 兩飛船實現(xiàn)對接前應(yīng)處于高低不同的兩軌道上，目標(biāo)船處于較高軌道，在較低軌道上運動的對接船通過合理地加速，可以提升高度并追上目標(biāo)船與其完成對接.,一、宇宙速度 1．下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是 ( )． A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2 B．美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第三宇宙速度 C．第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度 D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度,答案 CD,2．假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來半徑的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的 ( )．,答案 B,二、衛(wèi)星的運動規(guī)律 3．繞地球運行的人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量、速率、衛(wèi)星與地面間距離三者之間的關(guān)系是 ( )． A．質(zhì)量越大，離地面越遠，速率越小 B．質(zhì)量越大，離地面越遠，速率越大 C．與質(zhì)量無關(guān)，離地面越近，速率越大 D．與質(zhì)量無關(guān)，離地面越近，速率越小,答案 C,4．兩顆人造衛(wèi)星A、B繞地球做圓周運動，周期之比為TA∶TB＝1∶8，則軌道半徑之比和運動速率之比分別為 ( )． A．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2 B．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1 C．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2 D．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1,答案 D,三、同步衛(wèi)星 5．下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是 ( )． A．它的周期與地球自轉(zhuǎn)同步，但高度和速度可以選擇，高度增大，速度減小 B．它的周期、高度、速度都是一定的 C．我們國家發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星定點在北京上空 D．我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星也定點在赤道上空,解析 同步衛(wèi)星的軌道平面過地心，且相對地面靜止，只能在赤道上空，它的高度一定，速率一定，周期一定，與地球自轉(zhuǎn)同步，故選項B、D正確． 答案 BD,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,