高中物理6.5宇宙航行课件新人教版必修2

，当周期变小，轨道半径变小，正确向心加速度变大，错误线速度和角速度都变大，错误对第宇宙速度的推导设地球质量为，卫星质量为，卫星到地心的距离为，卫星做匀速圆周运动的线速度为，根据万有引力定律和牛顿第二定律得，应用近地条件为地球半径，取，则对宇宙速度的理解第宇宙速度的另种推导在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力地球半径地面重力加速度已知由得对宇宙速度的理解三个宇宙速度都是指发射速度，指在地面附近使航天器获得的速度，然后靠惯性飞行当发射速度达到第宇宙速度时，即时，物体贴近地球表面做匀速圆周运动，不再落回地面当发射速度小于时，物体最终落回地面，所以第宇宙速度是发射卫星的最小速度当在地面的发射速度时，卫星绕地球旋转的轨道是椭圆，地球位于个焦点上当在地面的发射速度时，卫星脱离地球的束缚，成为太阳系的颗“小行星”或绕其他行星运动的卫星不同星体的宇宙速度是各不相同的，大小由星体的质量及其半径决定例若取地球的第宇宙速度为，行星的质量是地球的倍，半径是地球的倍，此行星的第宇宙速度约为解题指导先推导行星上的第宇宙速度与地球上的第宇宙速度的关系，再利用地球上的第宇宙速度求解此行星上的第宇宙速度解析由得因为行星的质量是地球质量的倍，半径是地球半径的倍即，由得答案对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力，近地卫星的轨道半径等于天体的半径，然后利用牛顿第二定律列式计算人在星球上以速率竖直上抛物体，经时间物体以速率落回手中，已知该星球的半径为，求这星球上的第宇宙速度答案解析由匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为第宇宙速度即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的万有引力提供向心力，而万有引力又可近似认为和物体重力相等，所以有第宇宙速度人造地球卫星人造地球卫星的轨道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，如图所示人造地球卫星的向心加速度线速度角速度周期跟轨道半径的关系人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力地球质量为，卫星质量为由得，则越大，越小由得，则越大，越小对于近地卫星地的线速度地地，即第宇宙速度，是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度由得，则越大，越小由得，则越大，越大近地卫星地的周期地地，其他所有卫星的周期都大于这个数值，即该值是地球卫星周期的最小值例如图所示，是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，质量相同且小于的质量，下面说法中正确的是的线速度大小相等且大于的线速度的向心加速度相等且大于的向心加速度的周期相等且大于的周期的向心力相等且大于的向心力互动探究和在同轨道上运行，轨道半径相等，那么和的线速度角速度向心加速度向心力都相同吗提示因为向心力与质量有关，所以不同线速度角速度向心加速度与质量无所有的同步卫星都在赤道的正上方，因为要与地球同步，同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合同步卫星的高度固定不变，由得离地高度特别提醒所有同步卫星的周期轨道半径环绕速度角速度及向心加速度的大小均相同所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同轨道上运动且都相对静止例河南平顶山高期末如图中的甲是地球赤道上的个物体乙是“神舟十号”宇宙飞船周期约分钟丙是地球的同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示，它们都绕地心做匀速圆周运动下列有关说法中正确的是它们运动的向心加速度大小关系是乙丙甲它们运动的线速度大小关系是乙乙它们运动的周期的关系是甲丙乙互动探究甲和丙两个物体的运动之间存在什么联系提示甲和丙的角速度相同，半径不同，使线速度向心加速度不同甲乙丙三个物体做圆周运动的向心力分别由谁提供提示地球赤道上的物体甲所需向心力由万有引力和支持力的合力提供，而乙丙两个物体做圆周运动的向心力由地球的万有引力提供解析先比较甲和丙，由于甲丙甲丙，乙丙，故选项正确，错误对于周期和角速度，容易得出甲丙乙，所以错误，正确答案比较物理量间的大小关系时，般先找到相同的量，再比较其他量在本例中，需注意物体甲和乙丙受力的区别，由于甲未脱离地面，受地面的支持力，所以不能按卫星的规律来判断甲的运动据报道，我国数据中继卫星“天链号星”于月日在西昌卫星发射中心发射升空，经过次变轨控制后，于月日成功定点在东经赤道上空的同步轨道关于成功定点后的“天链号星”，下列说法正确的是运行速度大于离地面高度定，相对地面静止绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等答案解析由万有引力提供向心力得即线速度随轨道半径的增大而减小，为第宇宙速度即围绕地球表面运行的速度，因同步卫星轨道半径比地球半径大得多，因此其线速度应小于，故错因同步卫星与地球自转同步，即相同，因此其相对地面静止，由公式得，因均为定值因此定为定值，故对因同步卫星周期同小时，月球绕地球转动周期月天，即同月，故对同步卫星与静止在赤道上的物体具有共同的角速度，由公式向，可得同物，因轨道半径不同，故其向心加速度不同，错人造卫星环绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由地球对卫星的万有引力提供轨道半径越大，其线速度角速度向心加速度越小，周期越大第宇宙速度为，其意义为最小发射速度或最大环绕速度第二宇宙速度为，其意义表示物体脱离地球的束缚所需要的最小发射速度第三宇宙速度为，其意义为物体脱离太阳引力的束缚所需的最小发射速度地球同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，与地球自转方向相同，其线速度约为，周期为，轨道半径约为飞船的稳定运行与变轨当飞船在轨道上做匀速圆周运动时，其线速度大小角速度周期轨道半径保持不变，称为稳定运行状态如图所示，当飞船在Ⅰ轨道或Ⅱ轨道上运行时，其线速度大小角速度保持不变，但在不同轨道上角速度不同当飞船由轨道进入另轨道过程中，称为变轨人造卫星变轨的原因是线速度发生变化，使万有引力不等于向心力，从而实现变轨要想使卫星的轨道半径增大做离心运动，必须增大卫星的线速度，使万有引力小于所需的向心力，从而实现变轨但到了高轨道后，在新的轨道上其运行速度反而减小当卫星的线速度减小时，万有引力大于所需的向心力，卫星则做向心运动，但到了低轨道后达到新的稳定运行状态时速度反而增大典例次发射同步卫星的过程如下先将卫星发射至近地圆轨道，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道，最后将卫星送入同步轨道轨道相切于点，相切于点，则当卫星分别在轨道上正常运行时，以下说法正确的是卫星在轨道上的速率大于在轨道上的速率卫星在轨道上的角速度大于在轨道上的角速度卫星在轨道上经过点时的加速度大于它在轨道上经过点时的加速度卫星在轨道上经过点时的加速度等于它在轨道上经过点时的加速度解析由得，由于，错轨道上的点与轨道上的点是同点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿第二定律知，卫星在轨道上经过点时的加速度等于它在轨道上经过点时的加速度，同理卫星在轨道上经过点时的加速度等于它在轨道上经过点时的加速度，错，对答案点睛卫星变轨问题的处理技巧卫星变轨问题是天体运动中的难点，处理此类问题有以下技巧当卫星绕天体做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，由，得，由此可见轨道半径越大，线速度越小当由于原因速度突然改变时，若速度突然减小，则，卫星将做近心运动若速度突然增大，则，卫星将做离心运动做近心运动的卫星再次做圆周运动时，由，其线速度反而大做离心运动的卫星再次做圆周运动时，由知其线速度反而小卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度相同第六章万有引力与航天宇宙航行课标定位了解人造卫星的有关知识知道三个宇宙速度的涵义，会推导第宇宙速度能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫星运动的有关问题熟练掌握人造卫星与的关系自主梳理人造地球卫星牛顿的设想如图所示，当物体的足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为颗绕地球转动的原理般情况下可认为人造地球卫星绕地球做运动，向心力由地球对它的提供，即，则卫星在轨道上运行的线速度二宇宙速度第宇宙速度大小物理意义第宇宙速度也叫做地面附近的速度，是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的发射速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的运行速度也可理解为紧贴地面的运行速度第二宇宙速度大小物理意义卫星脱离的束缚，成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的发射速度第三宇宙速度大小物理意义卫星脱离的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的速度三梦想成真年月成功发射了第颗人造地球卫星年月美国“阿波罗号”登上年月日我国航天员踏入太空年月日我国航天员首次太空授课答案速度卫星匀速圆周万有引力二环绕最小最大地球引力最小太阳引力最小三苏联月球杨利伟王亚平自查自测判断正误绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是在地面上发射人造卫星的最小速度是如果在地面发射卫星的速度大于，卫星会永远离开地球要发射颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于可以使卫星在北纬上空绕地轴做匀速圆周运动答案解析卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线速度就越大，最大速度等于第宇宙速度地球卫星的最小发射速度为，即第宇宙速度第二宇宙速度是，当卫星的发射速度大于此速度时，卫星将永远离开地球若将卫星在地面上以大于的速度发射，该卫星会脱离太阳的束缚，而跑到太阳系以外的空间所有做圆周运动的卫星其圆心和地心定重合问题思考“天宫号”目标飞行器在距地面的轨道上做圆周运动，它的线速度比大还是小你听说过黑洞吗黑洞是不发光的天体吗结合课本知识，谈谈你对黑洞的认识答案第宇宙速度是卫星包括飞船在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度“天宫号”目标飞行器距离地面，轨道半径大于地球半径，运行速度小于有些恒星，在生的最后阶断，强大的引力把其中的物质紧紧压在起，密度极大，而半径又很小，其逃逸速度很大，甚至连光也不能逃逸出来，这种天体既使其确实发光，我们也看不到，这种天体称为黑洞关于第宇宙速度，下面说法正确的是它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度答案解析第宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于环绕速度，故正确，错误探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比轨道半径变小向心加速度变小线速度变小角速度变小答案解析用万有引力处理天体问题的基本方法是把天体的运动看成圆周运动，其做圆周运动的向心力由万有引力提供，当周期变小，轨道半径变小，正确向心加速度变大，错误线速度和角速度都变大，错误对第宇宙速度的推导设地球质量为，卫星质量为，卫星到地心的距离为，卫星做匀速圆周运动的线速度为，根据万有引力定律和牛顿第二定律得，应用近地条件为地球半径，取，则对宇宙速度的理解第宇宙速度的另种推导在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力地球半径地面重力加速度已知由得对宇宙速度的理解三个宇宙速度都是指发射速度，指在地面附近使航天器获得的速度，然后靠惯性飞行当发射速度达到第宇宙速度时，即时，物体贴近地球表面做匀速圆周运动，不再落回地面当发射速度小于时，物体最终落回地面，所以第宇宙速度是发射卫星的最小速度当在地面的发射速度时，卫星绕地球旋转的轨道是椭圆，地球位于个焦点上当在地面的发射速度时，卫星脱离地球的束缚，成为太阳系的颗“小行星”或绕其他行星运动的卫星不同星体的宇宙速度是各不相同的，大小由星体的质量及其半径决定例若取地球的第宇宙速度为，行星的质量是地球