最新人教版高中物理必修2第六章宇宙航行2
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 (共39张)PPT课件
近地卫星的运行速度是多大呢？
已 知 ： G 6 .6 7 1 0 1 1 N m 2 /k g 2 R6.37106m M5.891024kg
v m/s GM R
6.6710115.891024 6.4106
7.9km/s
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近地卫星的运行速度是多大呢？
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课堂小结：
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练习：
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2.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ACD） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的
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37
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
40
设卫星离地面高度为h
由 GM 地 m卫 (R 地 h)2
m卫
(
2
T
)2
(R
地
h)h
3
解得h
GM 地T 2
4 2
R地
3.6 104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
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为了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。
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2020年10月1日星期四
我国在1970年4月20日 发射了第一颗人造地球 卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
11
高中物理 第六章 万有引力与航天 第五、六节 宇宙航行课件 新人教版必修2
C
错误．
ω＝2Tπ＝12
g ，选项 2R
D
正确．
2.如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星， 关于各物理量的关系，下列说法正确的是( C ) A．根据 v＝ gr ，可知 vA<vB<vC B．根据万有引力定律，可知卫星所受地球引力 FA>FB>FC C．角速度 ωA>ωB>ωC D．向心加速度 aA<aB<aC
做匀速圆周运动的向心力．(已知地球半径为 R、地球表面处的
重力加速度为 g) 由 mg＝mvR2，得
v＝ gR＝ 9.8×6 400×103 m/s＝7.9 km/s.
1.(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.( √ ) (2) 在 地 面 上 发 射 火 星 探 测 器 的 速 度 应 为 11.2 km/s<v<16.7 km/s.( √ ) (3)要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至 少为16.7 km/s.( √ ) (4) 要 发 射 一 颗 月 球 卫 星 ， 在 地 面 的 发 射 速 度 应 大 于 16.7 km/s.( × )
B．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的 2 倍
C．静止轨道卫
星的角速度大小约为中轨道卫星的1 7
D．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的1 7
[思路点拨]对两卫星，结合万有引力定律和牛顿第二定律导出 周期、线速度、角速度、向心加速度的决定式,进行比较．
[解析] 根据 GMr2m＝m4Tπ22r，可得 T＝2π
2．从低速到高速 (1)狭义相对论阐述了物体在以_接__近__光__速___运动时所遵从的规
律． (2)经典力学认为，物体的质量m不随_运__动__状__态___改变，长度 和时间的测量与参考系__无__关______． (3)狭义相对论指出,质量要随物体运动速度的增大而_增__大___． 位移和时间的测量在不同的参考系中是___不__同___的．
最新人教版高中物理必修2第六章《宇宙航行》教案
宇宙航行【三维目标】（一）知识与技能1．了解人造卫星的有关知识。
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3．了解人类对太空的探索历程。
（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
（三）情感态度与价值观1．通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育。
2．关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势。
【教学重点】会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。
【教学难点】运行速率与轨道半径之间的关系。
【课时安排】1课时【教学过程】一、新课引入情景导入阿波罗飞船载人登月和返回地球的轨道示意图经火箭发射，“阿波罗11号”首先进入环绕地球的轨道，然后加速，脱离地球轨道后，惯性滑行，进入环绕月球的轨道，最后登月舱降落在月球。
当宇航员在月球上完成工作后，再发动引擎进入环月球的轨道，然后加速，脱离月球轨道，进入地球轨道，最后降落于地球。
万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路。
现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间。
”1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星——“旅行者1号”，人类开始迈入航天时代。
火箭发射那么，多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？牛顿在思考万有引力定律时就曾经想过，从高山上水平抛出的物体速度一次比一次大时，落点就一次比一次远。
如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，这就是人造地球卫星的雏形，那么这个速度需要多大呢？学习本节内容之后便可解决上述问题了。
二、新课讲解（一）宇宙速度片段一：人造地球卫星课件展示1．人造卫星发射及其在圆形轨道上的运动。
2．演示月球绕地球转动。
问题：1．抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？2．卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？学生带着这两个问题阅读教材“宇宙速度”部分。
最新人教版高中物理必修2第六章《宇宙航行》思维过程
●思维过程1.判断卫星的运动应该从受力和运动入手,将卫星的运动理想化,即卫星做匀速圆周运动万有引力提供向心力,根据万有引力定律和匀速圆周运动的规律,可求出相应的a 、v 、ω、T 等物理量. 由2r GMm =ma 得a =2r GM ,即a ∝21r,r 越大,a 越小. 由2r GMm =r m v 2,得v =r GM ,即v ∝r1,r 越大,v 越小. 由2r GMm =mr ω2,得ω=3r GM ,即ω∝31r,r 越大,ω越小. 由2r GMm =mr 22π4T ,得T =GMr 32π4,即T ∝3r ,r 越大,T 越大. 2.正确区分卫星的发射速度和环绕速度.发射速度是指被发射的卫星在地面上离开发射装置时的初速度.卫星一旦被发射就无能量补充,而仅靠自己的初动能克服地球引力进入运行轨道,故发射速度不能小于第一宇宙 速度.环绕速度是指卫星在轨道上运行时的速度.如果人造卫星在圆形轨道上运行,运动速度v =rGM ,其大小随半径的增大而减小,且小于或等于第一宇宙速度.但是由于在人造地球卫星的发射过程中火箭要克服地球引力做功,所以将卫星发射到离地面越远的轨道,需要克服地球引力做功越多,在地面上所需的发射速度就越大.注意:区分发射速度与环绕速度.卫星的发射事实上并不是一次给卫星一个初速度,也不可能一次给一个如此大的速度(大于第一宇宙速度),而是通过火箭的作用逐渐加速的.3.利用运载火箭发射人造卫星时,发送分三个阶段:发射升高阶段、飘移进入轨道阶段和进入预定轨道绕地球运行阶段.三种宇宙速度为:(1)第一宇宙速度(环绕速度):指的是卫星脱离地球表面成为地球近地卫星的线速度,它是人造卫星的最小发射速度,又是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度.v 1=7.9 km/s.(2)第二宇宙速度(脱离速度):使物体挣脱地球引力的束缚,而成为太阳的行星的最小发射速度.v 2=11.2 km/s.(3)第三宇宙速度(逃逸速度):使物体挣脱太阳引力束缚成为与太阳平等的一颗行星的最小发射速度.v 3=16.7 km/s.【例1】 如图7-5-2,a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星,a 和b 质量相等且小于c 的质量,则图7-5-2 A.b 所需向心力最小B.b 、c 的周期相同且大于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 的线速度思路:万有引力提供向心力,结合适当的圆周运动公式分析.答案:ABD【例2】 已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v 2=E E R GM /2,其中G 、M E 、R E 分别是引力常量、地球的质量和半径.已知G =6.67×10-11 N ·m 2/kg 2,c =2.9979×108 m/s.求下列问题:(1)逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞,设某黑洞的质量等于太阳的质量M =1.98×1030 kg,求它的可能最大半径(这个半径叫Schwarzschild 半径）；（2）在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27 kg/m 3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c ,因此任何物体都不能脱离宇宙,问宇宙的半径至少为多大?思路:将地球上的逃逸速度v =EE R GM 2推广到任何天体,就得到黑洞的逃逸速度公式,公式再变形即可求出最大半径.答案:(1)2.94×103 m (2)4.24×1010光年。
高级中学高中物理人教版必修二课件：第六章+第5节+宇宙航行(共23张PPT)
人造卫星的轨道
F1
F2
F
极地轨道
人 造 卫 星 的 轨 道
同步 轨道
倾斜 轨道
赤道轨道 自转轴
思考：近地卫星、赤道上静止的物体和地 球同步卫星的角速度、线速度、周期和向 心加速度的大小关系。
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）人造卫星
GM
v1
7.9km/s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/192021/11/192021/11/192021/11/19
为了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。
1969年7月10日，美国阿波罗11号登月
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙 飞船在酒泉卫星中心成功发射，将 第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙 古主着陆场
中国成为世界上第三个独立开展载 人航天活动的国家
神舟六号发射升空
同步卫星
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
【原创精品】高中物理人教版必修2第六章万有引力与航天12.宇宙航行含答案解析
【原创精品】高中物理人教版必修2第六章万有引力与航天12.宇宙航行学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．关于宇宙速度，下列说法正确的是（）A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度2．绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星，它的运行速度( )A．一定等于7.9km/s B．小于等于7.9km/sC．大于等于7.9km/s，而小于11.2km/s D．只需满足大于7.9km/s3．研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比（）A．距地面的高度变大B．向心加速度变大C．线速度变大D．角速度变大4．a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星．其中a、c的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平面上．某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示，下列说法中正确的是（）A．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度D．a、c存在P点相撞的危险5．我国自主研制的北斗导航系统现已正式商业运行．北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能．“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置（如图所示）．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R（r>R），不计卫星间的相互作用力，则（）A．这两颗卫星的加速度大小相等，大小均为gB．卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为C．卫星1向后喷气就一定能追上卫星2D．卫星1中的仪器因不受重力而处于完全失重状态6．宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面（设月球半径为R）．据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为（）A．B．C．D．二、多选题7．下面关于同步通信卫星的说法中，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．同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，有的不能确定，可以调节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通信卫星的低D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小8．设地球的半径为R，质量为m的卫星在距地面高为2R处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g，则（）A．卫星的线速度为B．卫星的角速度为C．卫星做圆周运动所需的向心力为mgD．卫星的周期为2π三、填空题9．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10km，密度为1．2×1017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度为v＝______km/s．（计算结果保留2位有效数字）10．若两颗人造地球卫星的周期之比为T1∶T2＝2∶1，则它们的轨道半径之比R1∶R2＝_____，向心加速度之比a1∶a2＝_________．四、解答题11．已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，不考虑地球自转的影响．（1）推导第一宇宙速度的表达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运动轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T．12．月球半径约为地球半径的14，月球表面重力加速度约为地球表面重力加速度的16，把月球和地球都视为质量均匀分布的球体．求：（1）环绕地球和月球表面运行卫星的线速度之比vv地月；（2）地球和月球的平均密度之比ρρ地月．参考答案1．A【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A 对，B 错；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C 错；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，D 错．2．B【详解】第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是卫星做圆周运动最大的环绕速度．所以沿圆轨道绕地球运行的人造卫星的运动速度小于等于7.9km/s ，A ．只有当卫星在近地轨道运动时，运行速度为7.9km/s ，在其他轨道速度小于7.9km/s ，A 错误；BD ．人造卫星的环绕速度小于等于7.9km/s ，B 正确D 错误；C ．大于等于7.9km/s ，而小于11.2km/s ，这是成为地球卫星的发射速度，环绕速度小于等于7.9km/s ，C 错误．3．A【解析】地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由2()GMm R h +＝m 22T 4π（R＋h ），得h ＝ R ，T 变大，h 变大，A 正确． 由2GMm r ＝ma ，得a ＝2GM r，r 增大，a 减小，B 错误．由2GMm r ＝r mv 2，得v ＝ ，r 增大，v 减小，C 错误． 由ω＝T2π可知，角速度减小，D 错误． 4．A 【解析】由2GMm r ＝r mv 2＝mω2r ＝m 22T 4πr ＝ma 可知，选项B 、C 错误，选项A 正确；因a 、c 轨道半径相同，周期相同，线速度大小相等，因此a 、c 不会发生碰撞，故D 错误。
人教版高中物理必修二 第六章第五节 宇宙航行 课件(共16张PPT)
地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和 地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位 于赤道平面内，且到地面的高度一定。
rvwTa “全部固定”
T=1天=86400秒 h=36000Km V=3.07Km/s
梦想成真：
谁为人类迈向太空提供科学思想 19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气 推进的多级火箭） 第一颗人造地球卫星何时何地发射成功
说明：要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第 一宇宙速度．若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能 “贴着”地面近地运行．如果要使人造卫星在距地面较 高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度
环绕速度：是指卫星在进入环绕轨道后绕地球 做匀速圆周运动的线速度
设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到 地心的距离为r，卫星的环绕速度为v，由于
G r2
m r
v
GM r
6.67
1011 5.89 6.37 106
1024
m/s
7.9km/s
方法二：由于卫星在地球附近环绕时，卫星 做圆周运动的向心力可看作由重力提供，根 据牛顿第二定律得
mg m v2 R
v gR 6.37106 9.8m/s 7.9km/s
(脱离速度)
（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射 速度．
v3 16.7km/s
设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到 地面的高度为h，地球的半径为R，卫星运动 所需的向心力由万有引力提供，求：人造地 球卫星的角速度多大？周期多大？
结论：人造地球卫星h越大，线速度v越小， 角速度 越小,周期T越大。
1、 在地球上抛出的物体，当它的速度 足够大时，物体就永远不会落到地面上， 它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫 星。简称人造卫星。
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 课件(共36张PPT)
关系：
1、发射速度总是≥运行速度。
2、发射速度越大，运行速度越小。
3、 第一宇宙速度是发射卫星的 最小发射速度，是卫星绕地球运 行时的最大运行速度。
三、第二宇宙速度（脱离速度）
1、定义： 在地面上发射物体，使之能
由公式可知：天体质量越大，半 径越小，第一宇宙速度越大。
看条件回答问题：在地球 表面处发射一个物体，则：
1、当V发＜7.9km/s时，物体将？ 2、当V发=7.9km/s时，物体将？ 3、当7.9km/s＜V发＜11.2km/s时，物体将？
4、当11.2km/s≤V发＜16.7km/s时，物体将？
够摆脱地球引力的束缚，成为绕 太阳运动的人造行星所必须具备 的最小发射速度。
2、大小： V2 11.2km/ s
四、第三宇宙速度（逃逸速度）
1、定义：
在地面上发射物体，使之能 够摆脱太阳引力的束缚，飞到太 阳系以外的宇宙空间中去所必须 具备的最小发射速度。
V 2、大小： 3
16.7km/
s
答案: 8.9m/s2； 7.3m/s
强化训练 训练2：中国紫金山天文台将1965年9月
20日发现的第2752号小行星命名为“吴 健雄星”,其直径2R2=32 km。如果该小 行星的密度与地球的密度相同,则对该小 行星而言,第一宇宙速度为多少? (已知地球半径为R1=6 400 km,地球的 第一宇宙速度v=8 km/s)
火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈， 历时108分，然后重返大气层，安全降落在地 面，铸就了人类进入太空的丰碑。
■1969年7月20日，阿波罗11号将人类第一次
高一物理人教版必修2课件：宇宙航行
1981年4月12日，世界上第一架航 天飞机哥伦比亚号发射成功。同年 11月12日和1982年3月22日、6月 27日又相继进行了3次试飞，均获 得成功。 但在2003年2月1日，哥伦比亚号航 天飞机在重返地面的过程中突然发 生解体燃烧，航天飞机上的七名宇 航员全部遇难。（其中有6名美国 人、1名以色列人）
则 v gR 9.86.4106 m / s
7.9km/ s 宇宙航行
思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？
由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星， 发射速度必须等于7.9km/s 。所以宇宙第一速度是最 小的发射速度。
所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火 箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射 速度就不能小于第一宇宙速度。
Mm
2
G r2
m r
由此解出: GM
r
将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯
卫星的速率
GM r
6.67
10-11 6.0 4.2 107
1024
m
/
s
3.1103
m
/
s
宇宙航行
同步卫星发射过程
卫星的变宇轨宙航行问题
四、梦想成真 世界航天史
1957年10月4日，原苏联发 射了世界上第一颗人造地球卫 星。卫星重83.6kg，每96min 绕地球飞行一圈。
造地球卫星，简称 人造卫星
由此可见，人造地球卫星运行遵
从的规律是：卫星绕地球做匀速圆
周运动，地球对卫星的引力提供向
心力。
宇宙航行
思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨 道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ 探究问题一：
根据：卫星做圆周运动的 向心力必须指向地心。
高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行课件新人教版必修2
[即 学 即 练]
3.我国卫星移动通信系统首发星，被誉为中国版海事卫星的天通一号01星，在2016年8
月6日在西昌卫星发射中心顺利升空并进入距离地球约三万六千公里的地球同步轨道。
这标志着我国迈入了卫星移动通信的“手机时代”。根据这一信息以及必要的常识，
尚不能确定该卫星的( )
A.质量
B.轨道半径
地球的第一宇宙速度 v1＝ gR＝7.9 km/s，在月球表面，有 v′＝ g′r＝ 1861g×14R＝
2 9
gR＝29×7.9 km/s≈1.8 km/s。
答案 B
课堂导学
[基 础 梳 理]
1.人造地球卫星
(1)概念：如图2所示，当物体的_初__速__度__足够大时，它将会围绕_地__球___
C.三颗卫星的向心加速度 aA>aB>aC
D.三颗卫星运行的角速度 ωA<ωB<ωC
解析 由 GMr2m＝mvr2得 v＝ GrM，故 vA>vB>vC，选项 A 错误；卫星受的万有引力
F＝GMr2m，但三颗卫星的质量关系不知道，故它们受的万有引力大小不能比较，选
项 B 错误；由 GMr2m＝ma 得 a＝GrM2 ，故 aA>aB>aC，选项 C 正确；由 GMr2m＝mω2r
[学考报告]
第5节 宇宙航行
知识内容
宇宙航行
基本要求 发展要求
说明
1.了解人造地球卫星的最初构想 2.会分析人造地球卫星的受力和运动情况 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度 1.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题 2.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 1.不要求掌握人类进行宇宙航行的有关史实 2.不要求掌握有关黑洞的知识 3.不要求掌握气象卫星观测系统的工作原理 4.不要求计算与引力势能有关的问题
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章末整合提升
问题导学 当堂检测
知识网络构建 课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
专题归纳整合 课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
2.卫星在轨道上运行时,卫星和卫星上的物体为什么都处于完全失 重状态? 答案:由于卫星在轨道上运行时,卫星和卫星上的物体受到的万有 引力全部提供了向心力,产生了向心加速度,它们不再给支持物压力或 给悬线拉力,所以它们处于完全失重状态。此时,卫星上的仪器,凡是使 用原理与重力有关的均不能使用。
章末整合提升
目标导航 预习导引
知识网络构建 课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
专题归纳整合 课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
预习交流 3
美国新地平线号探测器,已于美国东部时间 2006 年 1 月 17 日 13 时(北京时间 18 日 1 时)借助宇宙神 5 火箭,从佛罗里达州卡纳维拉尔 角肯尼迪航天中心发射升空,开始长达 9 年的飞向冥王星的太空之旅, 如果顺利,2015 年新地平线号探测器就会按时到达,成为冥王星的一颗 人造卫星。 问题:新地平线号探测器的发射速度约为多少? 提示:新地平线号探测器是冥王星的卫星,它将飞离地球而绕冥王 星运动,但它仍没有脱离太阳的束缚,故其发射速度在第二宇宙速度与 第三宇宙速度之间,即 11.2km/s<v<16.7km/s。
章末整合提升
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KETANG HEZUO TANJIU
一、人造地球卫星 1.牛顿的设想 如图所示,当速度足够大时,物体将会围绕地球旋转而不再落回地 面,成为一颗绕地球转动的人造地球卫星。
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பைடு நூலகம்
三、梦想成真 1957 年 10 月前苏联成功发射了第一颗人造卫星; 1969 年 7 月美国“阿波罗 11 号”登上月球; 2003 年 10 月 15 日我国航天员杨利伟踏入太空; 2012 年 6 月 16 日我国第一位女航天员刘洋飞入太空,在天宫一号 参与科学实验。
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二、宇宙速度 1.第一宇宙速度:是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度, 也叫作地面附近的环绕速度,也是在地面上进行卫星发射的最小速度, 数值为 7.9km/s。 2.第二宇宙速度:数值为 11.2km/s,当物体速度大于或等于这个数值 时,它就会克服地球引力,永远离开地球,因此第二宇宙速度也叫地面附 近的脱离速度,当物体的绕行速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙 速度时,轨道为椭圆。 3.第三宇宙速度:数值为 16.7km/s,它是地面发射一个物体要挣脱太 阳引力的束缚,飞到太阳系外的最小速度。
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问题导学 当堂检测
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一、人造地球卫星的运行规律 活动与探究 1.人造地球卫星的运行轨道是怎样的? 答案:(1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道。 (2)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,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,这类问题在中学物理中很少讨 论。 (3)卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对 它的万有引力充当向心力,地球对卫星的万有引 力指向地心。 而做匀速圆周运动的物体的向心力 时刻指向它做圆周运动的圆心。 因此卫星绕地球 做匀速圆周运动的圆心必与地心重合,而这样的 轨道有多种,其中比较特殊的有与赤道共面的赤 道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也应存在着与赤道平面成 某一角度的圆轨道,只要圆心在地心,就可能是卫星绕地球运行的圆轨 道。如图所示。
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预习交流 2
发射速度增大,卫星的运动轨迹有什么变化规律? 提示:当发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间时,卫星 的运动轨迹是椭圆,发射速度越大,椭圆轨道的远地点离地球越远。 发射 速度大于第二宇宙速度时,卫星会永远离开地球。发射速度大于第三宇 宙速度时,卫星则飞出太阳系。所以,发射速度越大,卫星所能到达的最 远位置离地球越远。
r
ω=
T=2π
r3 。 GM
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预习交流 1
人造卫星为何总要向东发射? 提示:由于地球的自转由西向东,如果我们顺着地球自转的方向,即 向东发射卫星,就可以充分利用地球自转的惯性,节省发射所需能量。
5.宇宙航行
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学习目 标 重点难 点
1.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。 2.理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。 3.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况,激发学生的爱 国热情。 重点:1.第一宇宙速度的推导。 2.运行速率与轨道半径之间的关系。 难点:运行速率与轨道半径之间的关系。
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2.原理
mv2 = r =mω2r。 其中 GM 为卫星到地心的距离,则卫星在轨道上运行的线速度 v= r ,角速度 GMm 卫星绕地球转动时,万有引力提供向心力,即 r2 GM 。由 r3 2������ ω= 得运行周期 T