专题课：人造卫星问题课件(24张)
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专题课：人造卫星问题
教学目标
1．清楚人造地球卫星绕地球运动的向心力来源——地球对行星的万有引力． 2 ．会计算各种卫星的运行参量，能比较不同轨道 ( 高度不同 ) 上的卫星运行参量的大 小． 3．清楚地球同步卫星，能将地球卫星的研究方法迁移应用到绕月飞行的嫦娥探测器的 运行规律的研究中．
重点难点
学习互动
2 2π Mm mv [解析] 由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，有 G 2 ＝mω2r＝m 2r＝ ＝ T r r
[答案] BD
ma，解得 v＝
GM ，ω＝ r
GM r3
，T＝2π
GM ，a＝ 2 .因为 b、c 的轨道半径 GM r
r3
相等，所以 b、c 线速度、角速度、周期、向心加速度大小相等．因为 a 的轨道半径小， 所以其线速度、角速度、向心加速度大，周期小．选项 B、D 正确，选项 A、C 错误.
学习互动
例2 [2016·四川卷] 国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日
”.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道 上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2060 km；1984年4月8 日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786 km的地球同步轨道上．设东方 红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2， 固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3， 则a1、a2、a3的大小关系为( A．a2＞a1＞a3 B．a3＞a2＞a1 C．a3＞a1＞a2 D．a1＞a2＞a3 图Z2－2 )
新课导入
【导入一】 同学们经常收看卫星电视节目，卫星电视信号就是通过通信卫星进行转播的，卫星为 什么能高高悬挂在天上呢？这节课我们重点研究人造卫星问题． 【导入二】 同学们都知道月球是地球的卫星，而且地球只有一个天然卫星，但是月球并不孤单， 人类迄今为止已经给月球发射了很多小伙伴——人造地球卫星．这节课我们重点研究 人造卫星问题.
比较内容 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星
向心力来源
向心力方向 重力与万有 引力的关系
万有引力的分力
指向地心 重力略小于 万有引力
万有引力
重力等于 万有引力
学习互动
v1＝ω1R GM R GM R3 GM R2 GM R＋h GM （R＋h）3 GM （R＋h）2
线速度
v2＝
v3＝ω3(R＋h)＝
例3
Biblioteka Baidu
(多选)关于地球同步卫星，下列说 )
法正确的是(
A．它们的质量一定是相同的
B．它们的周期、高度、速度大小一定 是相同的
一号”轨道半径大，故速度小，周期长，向心 加速度小，选项 A、B 错误，选项 C 正确；欲 使“神舟八号”与“天宫一号”实现对接， 应 使“神舟八号”加速做离心运动后到达“天 宫一号”轨道实现对接，选项 D 正确．
【重点】 (1)人造卫星运行参量比较．
(2)地球同步卫星．
【难点】 卫 星(飞船、探测器、空间站)变轨问题．
教学建议
本节研究人造卫星问题，包括飞船、探测器、空间站问题，本节内容的教学应首先从人 造卫星的动力学分析入手，定量探讨出人造卫星各个运行参量的决定关系式，据此可进一 步研究人造卫星的变轨问题和同步卫星问题．
学习互动
考点一
人造卫星运行参量的比较
例1
(多选)如图Z2－1所示，a、b、c是在地球大气层外同一平面内沿圆形轨道运 )
动的三颗卫星，则(
A．b、c的角速度相等，且大于a的角速度 B．b、c的周期相等，且大于a的周期 C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度 图Z2－1
C．我国发射的地球同步卫星可以定点
在北京上空 D．我国发射的地球同步卫星必须定点
在赤道上空
学习互动
[答题要点] 关于地球同步卫星要把握好以下几点： (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合． (2)运行周期一定：与地球自转周期相同，即 T＝24 h＝86 400 s. (3)绕行方向一定：与地球自转的方向一致． (4)角速度一定：与地球自转的角速度相同． 2πr (5)线速度一定：运动速度 v＝ ＝3.07 km/s. T 3 GMT2 4π2 (6)轨道高度一定：据 G 2 ＝m 2 r 得轨道半径 r＝ ＝4.24×104 km，卫星离 2 r T 4π Mm 地面高度 h＝3.6×104 km.
学习互动
2π v2 [答题要点] 卫星在圆轨道上稳定运行时有 G 2 ＝m ＝mrω2＝mr 2＝ma，由此可推 r r T Mm GM v＝ r GM ω＝ r3 出 ，所以根据卫星轨道半径大小可以进行线速度、角速度、周期、向心加速 r3 T＝2π GM GM a＝ 2 r 度等运行参量的比较．
学习互动
[答案] D
[解析] 由于东方红二号卫星是同步卫星， 则其角速度和赤道上的物体角速度相等， 可得： a＝ω2r， 由于 r2>r3， 则可以得出： a2>a3； 又由万有引力定律有： G Mm r2 ＝ma， 且 r1<r2，
则得出 a2<a1, 故选项 D 正确．
学习互动
[答题要点] 解决本题的关键是认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之 间的关系．
新课导入
运动，它比直线运动复杂，为研究复杂的运动，就需要把复杂的运动分为简单的运动，
本节课我们就来学习一种常用的一种方法——运动的合成与分解．
【导入二】 播放课件：蜡块在竖直方向做速度为 v1的匀速直线运动，水平方向做速度为 v2的匀速直
线运动，实际运动轨迹为斜向上的匀速直线运动．
思考：轨迹真的是直线吗？用什么方法可以搞清楚这个问题？ 尝试：建立直角坐标系；求出蜡块在坐标系中的轨迹方程，就可以知道该运动的性质.
v1<v3<v2 角速度 ω1＝ω 自 ω2＝ ω3＝ω 自＝
ω1＝ω3<ω2 向心加速度 a1＝ω2 1R a2＝ω2 2R＝ a3＝ω2 3(R＋h)＝
a1<a3<a2
学习互动
考点二
地球同步卫星
[答案] CD
[ 解析 ] 根据万有引力提供向心力可得 v ＝ GM r ，T＝2π r3 GM ，a＝ GM r2 ，“天宫
教学目标
1．清楚人造地球卫星绕地球运动的向心力来源——地球对行星的万有引力． 2 ．会计算各种卫星的运行参量，能比较不同轨道 ( 高度不同 ) 上的卫星运行参量的大 小． 3．清楚地球同步卫星，能将地球卫星的研究方法迁移应用到绕月飞行的嫦娥探测器的 运行规律的研究中．
重点难点
学习互动
2 2π Mm mv [解析] 由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，有 G 2 ＝mω2r＝m 2r＝ ＝ T r r
[答案] BD
ma，解得 v＝
GM ，ω＝ r
GM r3
，T＝2π
GM ，a＝ 2 .因为 b、c 的轨道半径 GM r
r3
相等，所以 b、c 线速度、角速度、周期、向心加速度大小相等．因为 a 的轨道半径小， 所以其线速度、角速度、向心加速度大，周期小．选项 B、D 正确，选项 A、C 错误.
学习互动
例2 [2016·四川卷] 国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日
”.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道 上运行，其轨道近地点高度约为440 km，远地点高度约为2060 km；1984年4月8 日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786 km的地球同步轨道上．设东方 红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2， 固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3， 则a1、a2、a3的大小关系为( A．a2＞a1＞a3 B．a3＞a2＞a1 C．a3＞a1＞a2 D．a1＞a2＞a3 图Z2－2 )
新课导入
【导入一】 同学们经常收看卫星电视节目，卫星电视信号就是通过通信卫星进行转播的，卫星为 什么能高高悬挂在天上呢？这节课我们重点研究人造卫星问题． 【导入二】 同学们都知道月球是地球的卫星，而且地球只有一个天然卫星，但是月球并不孤单， 人类迄今为止已经给月球发射了很多小伙伴——人造地球卫星．这节课我们重点研究 人造卫星问题.
比较内容 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星
向心力来源
向心力方向 重力与万有 引力的关系
万有引力的分力
指向地心 重力略小于 万有引力
万有引力
重力等于 万有引力
学习互动
v1＝ω1R GM R GM R3 GM R2 GM R＋h GM （R＋h）3 GM （R＋h）2
线速度
v2＝
v3＝ω3(R＋h)＝
例3
Biblioteka Baidu
(多选)关于地球同步卫星，下列说 )
法正确的是(
A．它们的质量一定是相同的
B．它们的周期、高度、速度大小一定 是相同的
一号”轨道半径大，故速度小，周期长，向心 加速度小，选项 A、B 错误，选项 C 正确；欲 使“神舟八号”与“天宫一号”实现对接， 应 使“神舟八号”加速做离心运动后到达“天 宫一号”轨道实现对接，选项 D 正确．
【重点】 (1)人造卫星运行参量比较．
(2)地球同步卫星．
【难点】 卫 星(飞船、探测器、空间站)变轨问题．
教学建议
本节研究人造卫星问题，包括飞船、探测器、空间站问题，本节内容的教学应首先从人 造卫星的动力学分析入手，定量探讨出人造卫星各个运行参量的决定关系式，据此可进一 步研究人造卫星的变轨问题和同步卫星问题．
学习互动
考点一
人造卫星运行参量的比较
例1
(多选)如图Z2－1所示，a、b、c是在地球大气层外同一平面内沿圆形轨道运 )
动的三颗卫星，则(
A．b、c的角速度相等，且大于a的角速度 B．b、c的周期相等，且大于a的周期 C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度 图Z2－1
C．我国发射的地球同步卫星可以定点
在北京上空 D．我国发射的地球同步卫星必须定点
在赤道上空
学习互动
[答题要点] 关于地球同步卫星要把握好以下几点： (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合． (2)运行周期一定：与地球自转周期相同，即 T＝24 h＝86 400 s. (3)绕行方向一定：与地球自转的方向一致． (4)角速度一定：与地球自转的角速度相同． 2πr (5)线速度一定：运动速度 v＝ ＝3.07 km/s. T 3 GMT2 4π2 (6)轨道高度一定：据 G 2 ＝m 2 r 得轨道半径 r＝ ＝4.24×104 km，卫星离 2 r T 4π Mm 地面高度 h＝3.6×104 km.
学习互动
2π v2 [答题要点] 卫星在圆轨道上稳定运行时有 G 2 ＝m ＝mrω2＝mr 2＝ma，由此可推 r r T Mm GM v＝ r GM ω＝ r3 出 ，所以根据卫星轨道半径大小可以进行线速度、角速度、周期、向心加速 r3 T＝2π GM GM a＝ 2 r 度等运行参量的比较．
学习互动
[答案] D
[解析] 由于东方红二号卫星是同步卫星， 则其角速度和赤道上的物体角速度相等， 可得： a＝ω2r， 由于 r2>r3， 则可以得出： a2>a3； 又由万有引力定律有： G Mm r2 ＝ma， 且 r1<r2，
则得出 a2<a1, 故选项 D 正确．
学习互动
[答题要点] 解决本题的关键是认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之 间的关系．
新课导入
运动，它比直线运动复杂，为研究复杂的运动，就需要把复杂的运动分为简单的运动，
本节课我们就来学习一种常用的一种方法——运动的合成与分解．
【导入二】 播放课件：蜡块在竖直方向做速度为 v1的匀速直线运动，水平方向做速度为 v2的匀速直
线运动，实际运动轨迹为斜向上的匀速直线运动．
思考：轨迹真的是直线吗？用什么方法可以搞清楚这个问题？ 尝试：建立直角坐标系；求出蜡块在坐标系中的轨迹方程，就可以知道该运动的性质.
v1<v3<v2 角速度 ω1＝ω 自 ω2＝ ω3＝ω 自＝
ω1＝ω3<ω2 向心加速度 a1＝ω2 1R a2＝ω2 2R＝ a3＝ω2 3(R＋h)＝
a1<a3<a2
学习互动
考点二
地球同步卫星
[答案] CD
[ 解析 ] 根据万有引力提供向心力可得 v ＝ GM r ，T＝2π r3 GM ，a＝ GM r2 ，“天宫