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1、5.4 飞出地球去,自主阅读,自我检测,一、人造地球卫星和宇宙速度 1.牛顿的设想 如图所示,当物体的速度足够大时,它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面,成为一颗绕地球转动的“小月亮”。,自主阅读,自我检测,3.宇宙速度,自主阅读,自我检测,4.不同星球的第一宇宙速度是否相同?第一宇宙速度的决定因素是什么?,5.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小? 提示:轨道越高,需要的发射速度越大。 二、为了和平和进步 1957年10月,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,我国航天员杨利伟踏入太空。,自主阅读,自我检测,1.正误辨
2、析 (1)第一宇宙速度就是地球卫星的最大发射速度。 ( ) (2)第一宇宙速度与地球质量和半径有关。 ( ) (3)发射速度越大的卫星,其环绕速度会越小。 ( ) (4)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。 ( ) (5)同步卫星必须定在赤道平面上,但高度可以不相同。 ( ) 答案:(1) (2) (3) (4) (5),自主阅读,自我检测,2.在轨道上运行的人造地球卫星,若卫星上的天线突然折断,则天线将( ) A.做自由落体运动 B.做平抛运动 C.和卫星一起绕地球在同一轨道上运行 D.由于惯性沿轨道切线方向做直线运动 解析:卫星上折断的天线与卫星的线速度大小相同,由于折断的天线距地
3、心的距离也不变化,所以它和卫星一起绕地球在同一轨道上运行,仍然做匀速圆周运动,故C选项正确。 答案:C,自主阅读,自我检测,3.在圆轨道上的质量为m的人造卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g。求卫星运动的线速度和运动周期T。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,对宇宙速度的理解 美国的GPS定位导航系统已为人们所熟悉,卫星导航系统在军事、科学研究、生活等方面有重要意义,为建立自己的导航系统,欧洲正在研制“伽利略”导航系统,我国也正在开发“北斗二代”导航系统,届时将改变美国在此领域一统天下的局面。各导航系统都是由多颗卫星组成的,那么你知道以多大的速度发射才能使
4、其成为一颗绕地球运行的卫星吗? 要点提示:大于第一宇宙速度。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,1.第一宇宙速度 (1)理解:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。 (2)推导:,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,2.第二宇宙速度(脱离速度) 在地面上发射物体,使之能够脱离地球的引力作用,成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度,其大小为v=11.2 km/s。 3.第三宇宙速度(逃逸速度) 在地面上发射物体,使之最后能脱离太阳的引力范围,飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度,其大
5、小为v=16.7 km/s。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,【例1】我国发射了一颗绕月运行的探月卫星嫦娥一号。设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面,已知月球的质量约为地球,为7.9 km/s,则该探月卫星绕月运行的速率约为( ) A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,解析:卫星所需的向心力由万有引力提供,则,答案:B,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,规律方法(1)宇宙速度是在地球表面的发射速度,而不是卫星在高空中的运行速度。 (2)第一宇宙速度是卫星的最小发射
6、速度,也是所有人造地球卫星做圆周运动的最大运行速度。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,变式训练1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720 km,但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为10 km,密度为1.21017 kg/m3,那么该中子星上的第一宇宙速度约为( ) A.6.0 km/s B.3.0102 km/s C.3.0103 km/s D.6.0104 km/s,解析:中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度,代入数据得v6.0104 km/s,故选D。 答案:D,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,人造
7、卫星的运动规律 地球上空有数千颗人造地球卫星在运动,它们的高度、轨迹各异。请思考:人造地球卫星做圆周运动的圆心一定是地球的球心吗? 要点提示:一定。卫星所需的向心力由万有引力提供,由于万有引力指向地心,所以卫星的轨道圆心必然是地心,即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,1.人造地球卫星的轨道 人造卫星的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道。 (1)椭圆轨道:地心位于椭圆的一个焦点上。 (2)圆轨道:卫星绕地球做匀速圆周运动。 总之,地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度,但轨道平面一定过地心。当轨道平面与赤道平面重合时,称为
8、赤道轨道;当轨道平面与赤道平面垂直时,即通过极点,称为极地轨道,如图所示。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,2.地球同步卫星 (1)定义:相对于地面静止的卫星,又叫静止卫星。 (2)六个“一定”:如下表所示。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,【例2】(2017全国3卷)2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的( ) A.周期变大 B.速率变大 C.动能变大 D.向心加
9、速度变大,向心加速度大小均与天宫二号相同,A、B、D错;组合体的质量大于天宫二号,而速率相同,故动能变大,C正确。 答案:C,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,规律方法求解人造卫星运动问题的技巧 (1)人造卫星的a向、v、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r决定,当r确定后,卫星的a向、v、T便确定了,与卫星的质量、形状等因素无关,当人造卫星的轨道半径r发生变化时,其an、v、T都会随之改变。 (2)在处理人造卫星的an、v、T与半径r的关系问题时,常用公式gR2=GM来替换出地球的质量M,会使问题解决起来更方便。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,变式训练2(多
10、选)(2017江苏物理)天舟一号货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空。与天宫二号空间实验室对接前,天舟一号在距地面约380 km的圆轨道上飞行,则其( ) A.角速度小于地球自转角速度 B.线速度小于第一宇宙速度 C.周期小于地球自转周期 D.向心加速度小于地面的重力加速度,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,解析:天舟一号的轨道半径小于同步卫星轨道半径,角速度大于同步卫星角速度,而同步卫星的角速度与地球自转角速度大小相同,故天舟一号的角速度大于地球自转角速度,其周期小于地球自转周期,选项C正确,A错;天舟一号轨道半径大于地球半径,则根据,答案:BCD,1
11、,2,3,4,1.关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星,以下判断正确的是( ) A.同一轨道上,质量大的卫星线速度大 B.同一轨道上,质量大的卫星向心加速度大 C.离地面越近的卫星线速度越大 D.离地面越远的卫星线速度越大,答案:C,1,2,3,4,2.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星的质量是地球的6倍,半径是地球的1.5倍,该行星的第一宇宙速度约为( ) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s,答案:A,1,2,3,4,3.(多选)地球半径为R,地面上重力加速度为g,在高空绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,其线速度的大小可能是( ),答案:BC,1,2,3,4,4.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,不考虑地球自转的影响。 (1)推导第一宇宙速度v1的表达式; (2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,求卫星的运行周期T。,解析:(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M,得GM=R2g 卫星做圆周运动的向心力等于它受到的万有引力,1,2,3,4,(2)由卫星在离地表h高处,万有引力提供向心力得,