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1、5 4飞出地球去 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 5 4 课标定位 学习目标 1 理解第一宇宙速度 了解第二 第三宇宙速度 2 了解人类冲出地球 飞向宇宙的艰难历程和伟大成就 同时了解我国航天工作者的丰功伟绩 重点难点 人造地球卫星的相关问题及第一宇宙速度的计算 课前自主学案 一 三个宇宙速度1 第一宇宙速度要想发射人造卫星 必须具有足够的速度 发射人造卫星最小的发射速度称为第一宇宙速度 又叫地面附近的环绕速度 v 7 9km s 2 第二宇宙速度 飞出地球去当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于 时 它绕地球运行的轨迹就不再是圆形 而是椭圆形 当卫星的速度等于或大于 时
2、 卫星就会脱离地球的引力不再绕地球运行 成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去 我们把 称为第二宇宙速度 又叫 7 9km s 11 2km s 11 2km s 脱离速度 3 第三宇宙速度 飞出太阳系当物体的速度等于或大于 时 物体便将挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间中去 我们把 称为第三宇宙速度 又叫地面附近的 16 7km s 16 7km s 逃逸速度 思考感悟我国于2010年发射了一个火星探测器 试问这个探测器大体以多大的速度从地球上发射 提示 火星探测器绕火星运动 脱离了地球的束缚 但没有挣脱太阳的束缚 因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间 即11 2
3、km s v 16 7km s 二 为了和平与进步俄罗斯的学者 最早系统地提出了航空理论 1957年10月4日 发射了世界上第一颗人造卫星 1961年4月12日 苏联发射了第一艘载人飞船 1969年7月20日 的宇宙飞船 阿波罗11号 第一次实现人类登月 齐奥尔科夫斯基 苏联 美国 1976年7月和9月 的 海盗 1号和 海盗 2号在火星先后成功地软着陆 1984年4月12日 第一架航天飞机 哥伦比亚 号发射成功 2003年10月15日 第一艘载人飞船 神舟五号 发射成功 2005年10月12日 中国自主研制的 神舟六号 载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空后 准确进入预定轨道 神舟六号 载人飞
4、船发射成功 美国 中国 核心要点突破 2 三种宇宙速度的理解 1 第一宇宙速度是定值 从上面的两种推导 导出了第一宇宙速度的表达式 看出第一宇宙速度是定值 若要将其值计算出来 要么知道R和M 要么知道R和g 第一宇宙速度之值仅与中心星球有关 与卫星无关 3 对第二宇宙速度和第三宇宙速度的认识 当11 2km s v 7 9km s时 卫星绕地球旋转 其轨道或者是圆或者是椭圆 如果是椭圆 地球位于一个焦点上 当16 7km s v 11 2km s时 卫星脱离地球的束缚 成为太阳系的一颗 小行星 当v 16 7km s时 卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去 即时应用 即时突破 小试牛
5、刀 1 一颗人造地球卫星以初速度v发射后 可绕地球做匀速圆周运动 若使发射速度为2v 该卫星可能 A 绕地球做匀速圆周运动 周期变大B 绕地球运动 轨道变为椭圆C 不绕地球运动 成为太阳系的人造行星D 挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙中 解析 选C 人造地球卫星以初速度v发射 可绕地球做匀速圆周运动 则发射速度满足7 9km s v 11 2km s 所以发射速度为2v时 2v 15 8km s 即发射速度一定大于第二宇宙速度11 2km s 卫星一定脱离地球束缚 成为太阳系的人造行星 C选项正确 二 人造地球卫星1 人造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
6、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5 4 1 图5 4 1 三 地球同步卫星的特点地球同步卫星是指在赤道平面内 以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星 同步卫星又叫通讯卫星 同步卫星有以下几个特点 1 周期一定 同步卫星在赤道上空相对地球静止 它绕地球的运动与地球自转同步 它的运动周期就等于地球自转的周期
7、 即T 24h 2 角速度一定 同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度 4 环绕速度大小一定 所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的 都是3 08km s 5 向心加速度大小一定 所有同步卫星由于到地心距离相同 所以 它们绕地球运动的向心加速度大小都相同 约为0 23m s2 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 据报道 我国数据中继卫星 天链一号01星 于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空 经过4次变轨控制后 于5月1日成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点后的 天链一号01星 下列说法正确的是 A 运行速度大于7 9km sB 离地面高度一定 相对地面静
8、止C 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 课堂互动讲练 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 方法总结 第一宇宙速度是在天体表面发射卫星的最小发射速度 也是卫星近 地 最大环绕速度 不同天体的第一宇宙速度一般不同 求解第一宇宙速度常用两种方法 如图5 4 2所示 a b c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗行星 a和b质量相等且小于c的质量 则 A b所需向心力最小B b c的周期相同且大于a的周
9、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5 4 2 答案 ABD 2011年宁夏固原高一考试 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后经点火 使其沿椭圆轨道2运行 最后再次点火 将卫星送入同步圆轨道3 轨道1 2相切于近地点Q 轨道2 3相切于远地点P 如图5 4 3所示 则在卫星分别在1 2 3轨道上正常运行时 以下说法正确的是 A 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D 卫星在轨道2上经过P时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 图5 4 3 答案 BD 方法总结 在讨论有关卫星的题目时 关键是明确 向心力 轨道半径 线速度 角速度和周期彼此影响 互相联系 只要其中的一个量确定了 其他的量也就不变了 只要一个量发生变化 其他的量也都随之发生变化 不管是定性分析还是定量计算 都要依据下列关系式加以讨论 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用
