高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第五章 第一單元 第2課時 人造衛(wèi)星 宇宙速度課件 必修2

1、第一單元 萬有引力定律及其應(yīng)用第2課時　人造衛(wèi)星　宇宙速度,必修2　 第五章　萬有引力定律及其應(yīng)用,,基礎(chǔ)回顧,1．基本特征：把衛(wèi)星的運動看成是________運動，其所需的向心力由________提供．2．基本公式：,答案：1．勻速圓周　萬有引力2．,要點深化,1．人造衛(wèi)星“三個近似”(1)近地衛(wèi)星貼近地球表面運行，可近似認為做勻速圓周運動的半徑等于地球的半徑；(2)未發(fā)射前，在地球表面隨地球一起自轉(zhuǎn)的衛(wèi)星可近似認為其重

2、力等于地球?qū)λ娜f有引力；(3)衛(wèi)星運動的軌道可近似看作是圓軌道．,2．衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度a、線速度v、角速度ω、周期T與半徑r的關(guān)系注意：(1)a、v、ω、T皆與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)，只由軌道半徑r和地球的質(zhì)量M決定；(2)所有人造衛(wèi)星的軌道圓心一定與地心重合．,3．解決衛(wèi)星運行問題的基本思路(1)萬有引力提供衛(wèi)星運行所需的向心力，有 .應(yīng)用時要根據(jù)

3、實際情況選用適當(dāng)?shù)墓竭M行分析和計算．(2)在地面或地面附近的物體所受的重力等于地球?qū)λ娜f有引力，有 ，所以gR2＝GM.在不知地球質(zhì)量的情況下由其半徑和重力加速度來表示．此式在天體運動問題中經(jīng)常應(yīng)用，稱為黃金代換點．,4．關(guān)于衛(wèi)星超重和失重的問題衛(wèi)星在進入軌道的加速過程及返回的減速過程，由于有向上的加速度而處于超重；衛(wèi)星進入軌道正常運轉(zhuǎn)過程中，由于萬有引力完全充當(dāng)向心力，產(chǎn)生指向地心的向心加速度，衛(wèi)

4、星上的物體對支持面和懸繩無彈力作用，處于完全失重狀態(tài)，平常由壓力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象全部消失，水銀氣壓計、天平失效，但彈簧測力計不失效，可測拉力等，但沒有“視重”．這里必須強調(diào)：運轉(zhuǎn)衛(wèi)星所受的萬有引力既等于衛(wèi)星在該軌道上的重力，也等于其環(huán)繞地球運行時所需的向心力．即F萬＝mg′＝ma向．并不是沒有重力，因為只要在地球的范圍內(nèi)，只要有質(zhì)量的物體就一定存在重力，只是因g′變小而重力也變小了．,,基礎(chǔ)回顧,1．第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：是人造衛(wèi)

5、星在地面附近環(huán)繞地球作圓周運動時的環(huán)繞速度，是環(huán)繞地球作圓周運動的最大速度，也是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度．v＝______＝______.2．第二宇宙速度(脫離速度)：v＝________(物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度)．3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v＝________(物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度)．,答案：1.　 7.9 km/s 2．11.2 km/s 3．

6、16.7 km/s,要點深化,1．區(qū)別運行速度和發(fā)射速度(1)運行速度：運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度．由 ，其大小隨軌道半徑的增大而減?。?2)發(fā)射速度：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再沒有能量補充．雖然軌道越高的衛(wèi)星運行速度越小，但由于軌道越高的衛(wèi)星總機械能越大，發(fā)射過程中克服引

7、力做功越多，需要的發(fā)射速度越大，同時發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度．注意：(1)三個宇宙速度指的是發(fā)射速度，不能理解成運行速度．(2)第一宇宙速度既是最小發(fā)射速度，又是最大運行速度.,2．衛(wèi)星變軌問題在衛(wèi)星發(fā)射和回收的過程中衛(wèi)星軌道發(fā)生變化．那么，衛(wèi)星在變軌的過程中，在關(guān)鍵點上其線速度是怎樣變化的呢？如下圖所示，在發(fā)射神舟七號的過程中，衛(wèi)星從地面的P發(fā)射，首先進入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點通過瞬間增大衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入圓周軌道Ⅱ(這種

8、情況叫做軌道維持，即維持其不再被萬有引力拉回，因為按原來在Q的速度，其向心力將小于萬有引力)．,在“返回艙”返回的過程中，“返回艙”在Q點瞬間減小運行速度，使其向心力將小于萬有引力，就進入橢圓軌道Ⅰ返回地球．當(dāng)然，如果在第Ⅱ軌道運行時，當(dāng)衛(wèi)星通過Q點時能瞬間增速，衛(wèi)星又因其向心力大于萬有引力而做離心運動，衛(wèi)星將進入新的橢圓軌道Ⅲ運行，如果在經(jīng)過R點時瞬間增速進行軌道維持，衛(wèi)星又能在Ⅳ軌道上運行．目前，我國發(fā)射的“嫦娥一號”探月衛(wèi)星就

9、是通過不斷變軌而發(fā)射往月球附近的．,,基礎(chǔ)回顧,1．定義：所謂地球同步衛(wèi)星，即是相對于地面________的衛(wèi)星．2．地球同步衛(wèi)星有“三定”(1)所有同步衛(wèi)星的軌道平面一定和地球的________平面重合．(2)所有同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)動的周期一定與地球的________相同．(3)所有同步衛(wèi)星離地面的高度h一定，速度v一定．,答案：1．靜止 2．(1)赤道　(2)自轉(zhuǎn)周期,要點深化,1．地球同步衛(wèi)星高度的推導(dǎo)根據(jù)萬有引力定律和牛

10、頓第二定律設(shè)地球表面小物體的質(zhì)量為m0.①②式解得,2．地球同步衛(wèi)星空間管理通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星等采用地球同步衛(wèi)星軌道極為有利．一顆同步衛(wèi)星可以覆蓋地球大約40%的面積，若在此軌道上均勻分布3顆衛(wèi)星，即可實現(xiàn)全球通信或預(yù)警．為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3°左右才能放置1顆，這樣，地球的同步衛(wèi)星只能有120顆．可見，空間位置也是一種資源．,3．識記幾個數(shù)據(jù)，提升完成試題的運算速度①地球公轉(zhuǎn)周期1年(

11、365天)，自轉(zhuǎn)周期1天(86400 s)；②月球公轉(zhuǎn)周期1月(約27天)，月地距離約38萬公里．③同步衛(wèi)星距地面約3.6萬公里，運行速度約3 km/s；④人造衛(wèi)星最大運行速度7.9 km/s，最小運行周期為84.8 min.,,根據(jù)人造衛(wèi)星的動力學(xué)關(guān)系： 可得由此可得線速度v與軌道半徑的平方根成反比；角速度ω與軌道半徑的立方的平方根成反比；周

12、期T與軌道半徑的立方的平方根成正比；加速度a與軌道半徑的平方成反比,如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　)A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C．c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的cD．a(chǎn)衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢 減小，其線速度將增大,,解析：因為b、c在同一軌道上運行，故其線速度大小、加速

13、度大小均相等．又b、c軌道半徑大于a的軌道半徑，由v＝ 知，Vb＝Vcmv2/r, 故它將偏離原軌道做向心運動．所以無論如何c也追不上b，b也等不到c，故C選項錯．對這一選項，不能用v＝ 來分析b、c軌道半徑的變化情況．對a衛(wèi)星，當(dāng)它的軌道半徑緩慢減小時，在轉(zhuǎn)動一段較短時間內(nèi)，可近似認為它的軌道半徑未變，視為穩(wěn)定運行，由v＝ 知，r減小時v逐漸增大，故D選項正確．答案：D,題型訓(xùn)練,1A．

14、(2011年廣州一模） 某一時刻，所有的地球同步衛(wèi)星 （ ）A．向心力相同 B．線速度相同C．向心加速度相同 D．離地心的距離相同,D,1B．在地球(看作質(zhì)量均勻分布的球體)上空有許多同步衛(wèi)星，下面說法中正確的是(　　)A．它們的質(zhì)量可能不同B．它們的速度可能不同C．它們的向心加速度可能不同D．它們離地心的距離

15、可能不同,解析：設(shè)地球的質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球半徑為R，同步衛(wèi)星距離地面的高度為h.由可見同步衛(wèi)星離地心的距離是一定的．由 ，所以同步衛(wèi)星的速度相同．由即同步衛(wèi)星的向心加速度相同．由以上各式均可看出地球同步衛(wèi)星的除質(zhì)量可以不同外，其它物理量值都應(yīng)是固定的．所以正確選項為A.答案：A,人造地球衛(wèi)星的線速度可用

16、 ，可得線速度與軌道半徑的平方根成反比，當(dāng)r＝R時，線速度為最大值，最大值為7.9 km/s，(實際上人造衛(wèi)星的軌道半徑總是大于地球的半徑，所以線速度的最大值總是小于7.9 km/s)這個線速度是地球人造衛(wèi)星的最大線速度，也叫第一宇宙速度．發(fā)射人造衛(wèi)星時，衛(wèi)星發(fā)射的越高，克服地球的引力做功越大，發(fā)射越困難．所以人造地球衛(wèi)星發(fā)射時，一般都發(fā)射到離地很近的軌

17、道上，發(fā)射人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度為7.9 km/s.,,若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍，半徑是地球的1.5倍，這顆行星的第一宇宙速度約為(　　)A．2 km/s　　　　　　　　B．4 km/sC．16 km/s D．32 km/s,解析：由某行星的第一宇宙速度為答案：C,題型訓(xùn)練,2．我國已經(jīng)發(fā)射一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥1號”．設(shè)該

18、衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面．已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速度約為(　　)A．0.4 km/s B．1.8 km/sC．11 km/s D．36 km/s,解析：近地衛(wèi)星的線速度就等于第一宇宙速度，此時衛(wèi)星的向心力由萬有引力提供， 第一宇宙速度v＝ ，根據(jù)題意可知地球上與月球上

19、“第一宇宙速度”之比 又v1＝7.9 km/s，所以月球上的“第一宇宙速度”v2約為1.8 km/s.答案：B,衛(wèi)星做變軌運行，分析這類問題必須按照這樣的思路：首先分析需要的向心力和提供的向心力的變化，從而確定是做離心運動還是做近心運動．然后再利用 分析在新的軌道上的速度的變化．,如右圖所示，是某次發(fā)射人造衛(wèi)星的示意圖．人造衛(wèi)

20、星先在近地的圓周軌道1上運動，然后改在橢圓軌道2上運動，最后在圓周軌道3上運動．a(chǎn)點是軌道1、2的交點，b點是軌道2、3的交點．人造衛(wèi)星在軌道1上的速度為v1，在軌道2上a點的速度為v2a，在軌道2上b點的速度為v2b，在軌道3上的速度為v3，則以上各速度的大小關(guān)系是(　　)A．v1＞v2a＞v2b＞v3 B．v1<v2a<v2b< v3C．v2a＞v1＞v3＞v2b D．v2a＞v1＞v2b＞v3,解析：

21、在a、b兩點點火加速過程中，衛(wèi)星速度將增大，所以有v2a＞v1、v3＞v2b，而v1、v3是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的線速度，由于它們對應(yīng)的軌道半徑r1< r3，所以v1＞v3.把以上不等式連接起來，可得到結(jié)論：v2a＞v1＞v3＞v2b，C正確．(這里還可介紹：衛(wèi)星沿橢圓軌道由a→b運行時，由于只有重力做負功，衛(wèi)星機械能守恒，其重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，因此有v2a＞v2b.)答案：C,題型訓(xùn)練,3．關(guān)于航天飛

22、機與空間站對接問題，下列說法正確的是(　　)A．先讓航天飛機與空間站在同一軌道上，然后讓航天飛機加速，即可實現(xiàn)對接B．先讓航天飛機與空間站在同一軌道上，然后讓航天飛機減速，即可實現(xiàn)對接C．先讓航天飛機進入較低的軌道，然后再對其進行加速，即可實現(xiàn)對接D．先讓航天飛機進入較高的軌道，然后再對其進行加速，即可實現(xiàn)對接,解析：m2不能像在地面上行駛的汽車一樣加大速度去追趕m1，而應(yīng)先通過反向制動火箭把速度變小，這樣萬有引力就大于m2做勻

23、速圓周運動所需要的向心力，從而軌道半徑變小，在較低軌道上做勻速圓周運動．由于在較低軌道上m2的運行速度要大些，大于m1的運行速度，就會慢慢趕上前上方的m1，再在恰當(dāng)位置m2通過助推火箭把速度變大，這時萬有引力又小于所需要的向心力，m2將做離心運動，軌道半徑將變大到與m1相同，這時就追上．答案：C,,一顆正在繞地球轉(zhuǎn)動的人造衛(wèi)星，由于受到空氣阻力作用在以后的運動過程中，將會出現(xiàn)(　　)A．速度變小　　　　　　　B．動能增大C．角速

24、度變小 D．半徑變大,錯解：當(dāng)衛(wèi)星受到阻力作用時，由于衛(wèi)星克服阻力做功動能減小，速度變小，為了繼續(xù)環(huán)繞地球，由v＝ 可知，v減小則半徑r必增大，又因ω＝ ，故ω變小，可見應(yīng)該選A、C、D.分析糾錯：當(dāng)衛(wèi)星受到空氣阻力作用后，其向心力大于萬有引力，衛(wèi)星將做向心運動，半徑減小，由v＝ 可知，r減小v增大，動能、角速度也要增大，可見B選項正確．