《统编人教版高中物理必修 第二册《4 宇宙航行》课件2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《统编人教版高中物理必修 第二册《4 宇宙航行》课件2（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.宇 宙 航 行一、第一宇宙速度一、第一宇宙速度【思考思考】如图如图,把物体水平抛出把物体水平抛出,如果速度足够大如果速度足够大,物体物体就不再落到地面就不再落到地面,它将绕地球运动它将绕地球运动,成为地球的人造卫成为地球的人造卫星星,是什么力使物体绕地球运动是什么力使物体绕地球运动?提示提示:地球与物体之间的万有引力。地球与物体之间的万有引力。(1)(1)物体绕地球速度推导物体绕地球速度推导:物体绕地球的运动可视作匀物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动速圆周运动,万有引力提供物体运动所需的向心力万有引力提供物体运动所需的向心力,有有 =m ,=m ,由此解出由此解出:v=_(m:v=_(m地
2、地为地球质量为地球质量,r,r为物体做圆周运动的半径为物体做圆周运动的半径)。(2)(2)数值数值:已知地球的质量已知地球的质量,近似用地球半径近似用地球半径R R代替代替r,r,算算出出v=_,v=_,这就是物体在地球附近做匀这就是物体在地球附近做匀速圆周运动的速度速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度。叫作第一宇宙速度。7.9 km/s7.9 km/s二、第二宇宙速度二、第二宇宙速度当飞行器的速度等于或大于当飞行器的速度等于或大于_时时,它就会克服它就会克服地球的引力地球的引力,永远离开地球永远离开地球,我们把我们把_叫作第二叫作第二宇宙速度。宇宙速度。11.2 km/s11.2 km/s11
3、.2 km/s11.2 km/s三、第三宇宙速度三、第三宇宙速度在地面附近发射飞行器在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的如果要使其挣脱太阳引力的束缚束缚,飞到太阳系外飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于必须使它的速度等于或大于_,_,这个速度叫作第三宇宙速度。这个速度叫作第三宇宙速度。16.7 km/s16.7 km/s一第一宇宙速度的定性分析和定量计算一第一宇宙速度的定性分析和定量计算任务任务1 1 第一宇宙速度的定性分析第一宇宙速度的定性分析1.1.第一宇宙速度第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地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球做匀速圆
4、周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕即近地卫星的环绕速度。速度。2.2.决定因素决定因素:由第一宇宙速度的计算式由第一宇宙速度的计算式v=v=可以看可以看出出,第一宇宙速度的值由中心天体决定第一宇宙速度的值由中心天体决定,第一宇宙速度第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量的大小取决于中心天体的质量M M和半径和半径R,R,与卫星无关。与卫星无关。3.3.“最小发射速度最小发射速度”:如果发射速度低于第一宇宙速度如果发射速度低于第一宇宙速度,因为受到地球引力作用因为受到地球引力作用,发射出去的卫星就会再回到地发射出去的卫星就会再回到地球上球上,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。所以第一
5、宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。4.4.“最大环绕速度最大环绕速度”:在所有环绕地球做匀速圆周运动在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的卫星中,近地卫星的轨道半径最小近地卫星的轨道半径最小,由由 可可得得 轨道半径越小轨道半径越小,线速度越大线速度越大,所以在这些卫所以在这些卫星中星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。度。【思考思考讨论讨论】在在100100200 km200 km高度飞行的地球卫星高度飞行的地球卫星,能说在地面附近能说在地面附近飞行吗飞行吗?为什么为什么?(科学思维科学思维)提示提示:可以。因为可以。因为1001002
6、00 km200 km与地球半径与地球半径6 400 km6 400 km相相比比,可以忽略。可以忽略。【典例示范典例示范1 1】(多选多选)关于第一宇宙速度关于第一宇宙速度,以下叙述以下叙述正确的是正确的是()A.A.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绕地球飞行的最小速度B.B.它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度C.C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.D.它是人造卫星发射时的最大速度它是人造卫星发射时的最大速度【解析解析】选选B B、C C。第一宇宙速度是指卫星围绕天体表。第一宇宙速度是指
7、卫星围绕天体表面做匀速圆周运动的线速度面做匀速圆周运动的线速度,满足关系满足关系 即即v=,v=,且由该式知且由该式知,它是最大环绕速度它是最大环绕速度;卫星发射得卫星发射得越高越高,需要的发射速度越大需要的发射速度越大,故第一宇宙速度等于最小故第一宇宙速度等于最小发射速度发射速度,选项选项B B、C C正确。正确。任务任务2 2 第一宇宙速度的定量计算方法第一宇宙速度的定量计算方法1.1.根据星球表面的重力加速度可计算它的第一宇宙速根据星球表面的重力加速度可计算它的第一宇宙速度度,依据是依据是mg=m mg=m 。2.2.根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇根据星球的近地卫星的运动情
8、况可计算它的第一宇宙速度宙速度,依据是依据是 【典例示范典例示范2 2】已知某星球的质量是地球的已知某星球的质量是地球的n n倍倍,半径半径是地球的是地球的k k倍倍,地球的第一宇宙速度为地球的第一宇宙速度为v,v,则该星球的第则该星球的第一宇宙速度为一宇宙速度为()A.v A.v B.v B.v C.v C.v D.nkvD.nkv【解析解析】选选A A。对于地球。对于地球:;:;对于星球对于星球:,解以上两式得解以上两式得:v:v1 1=v =v 。【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度球
9、做匀速圆周运动的速度,则有则有()A.A.被发射的物体质量越大被发射的物体质量越大,第一宇宙速度越大第一宇宙速度越大B.B.被发射的物体质量越小被发射的物体质量越小,第一宇宙速度越大第一宇宙速度越大C.C.第一宇宙速度与被发射物体的质量无关第一宇宙速度与被发射物体的质量无关D.D.第一宇宙速度与地球的质量有关第一宇宙速度与地球的质量有关【解析解析】选选C C、D D。第一宇宙速度。第一宇宙速度v v1 1=,=,与地球质量与地球质量M M有关有关,与发射物体质量无关。故选项与发射物体质量无关。故选项C C、D D正确。正确。2.2.若取地球的第一宇宙速度为若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,
10、8 km/s,某行星的质量是某行星的质量是地球的地球的6 6倍倍,半径是地球的半径是地球的1.51.5倍倍,此行星的第一宇宙速此行星的第一宇宙速度约为度约为()A.16 km/sA.16 km/sB.32 km/sB.32 km/sC.4 km/s C.4 km/s D.2 km/sD.2 km/s【解析解析】选选A A。由。由 因为行星的质因为行星的质量量MM是地球质量是地球质量M M的的6 6倍倍,半径半径RR是地球半径是地球半径R R的的1.51.5倍倍,即即M=6M,R=1.5RM=6M,R=1.5R。由。由 得得v=2v=2v=2v=28 km/s=16 km/s8 km/s=16
11、km/s。【补偿训练补偿训练】已知地球自转的角速度为已知地球自转的角速度为7.297.291010-5-5 rad/s,rad/s,月球到地月球到地球中心的距离为球中心的距离为3.843.8410108 8 m,m,在地球表面发射卫星的在地球表面发射卫星的第一宇宙速度为第一宇宙速度为7.97.910103 3 m/s,m/s,第二宇宙速度为第二宇宙速度为11.2 11.2 10103 3 m/s,m/s,第三宇宙速度为第三宇宙速度为16.716.710103 3 m/s,m/s,假设地球上假设地球上有一棵苹果树长到了接近月球那么高有一棵苹果树长到了接近月球那么高,则当苹果脱离苹则当苹果脱离苹果
12、树后果树后,将将()A.A.落向地面落向地面B.B.成为地球的同步成为地球的同步“苹果卫星苹果卫星”C.C.成为地球的成为地球的“苹果月亮苹果月亮”D.D.飞向茫茫宇宙飞向茫茫宇宙【解析解析】选选D D。v=r=3.84v=r=3.8410108 87.297.291010-5-5 m/s m/s 2.82.810104 4 m/s16.7 m/s16.710103 3 m/s,m/s,故苹果将飞向茫茫宇宙。故苹果将飞向茫茫宇宙。二人造地球卫星二人造地球卫星任务任务1 1 人造地球卫星的轨道特点人造地球卫星的轨道特点1.1.卫星运动遵循的规律卫星运动遵循的规律:卫星绕地球沿椭圆轨道运动时卫星绕
13、地球沿椭圆轨道运动时,地心在椭圆的一个焦点上地心在椭圆的一个焦点上,卫星的周期和半长轴的关卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。系遵循开普勒第三定律。2.2.卫星轨道的圆心卫星轨道的圆心:卫星绕地球沿圆轨道运动时卫星绕地球沿圆轨道运动时,因为因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力力,而万有引力指向地心而万有引力指向地心,所以地心必定是卫星圆轨道所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。的圆心。3.3.卫星的轨道卫星的轨道:卫星的轨道平面可以在赤道平面内卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如如同步卫星同步卫星),),可以通过两极上空可以通过两极
14、上空(极地轨道卫星极地轨道卫星),),也可以也可以和赤道平面成任一角度和赤道平面成任一角度,如图所示。如图所示。【思考思考讨论讨论】人造地球卫星按怎样的轨道运行人造地球卫星按怎样的轨道运行,谁提供向心力谁提供向心力?(物理观念物理观念)提示提示:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球对由地球对它的万有引力提供向心力它的万有引力提供向心力,地球对卫星的万有引力指向地球对卫星的万有引力指向地心。地心。【典例示范典例示范1 1】如图所示如图所示,有关人造地球卫星轨道的有关人造地球卫星轨道的正确说法有正确说法有()A.aA.a、b b、c c均可能是卫星轨道均可能是卫
15、星轨道B.B.卫星轨道只可能是卫星轨道只可能是a aC.aC.a、b b均可能是卫星轨道均可能是卫星轨道 D.bD.b可能是同步卫星的轨道可能是同步卫星的轨道【解析解析】选选C C。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆圆心是地球的地心心是地球的地心,所以凡是地球卫星所以凡是地球卫星,轨道面必定经过轨道面必定经过地球中心地球中心,所以所以a a、b b均可能是卫星轨道均可能是卫星轨道,c,c不可能是卫星不可能是卫星轨道轨道,故故A A、B B错误错误,C,C正确正确;同步卫星的轨道必定在赤道同步卫星的轨道必定在赤道平面内平面内,所以所以b b不可能是同步卫星的轨道不
16、可能是同步卫星的轨道,故故D D错误。错误。任务任务2 2 地球同步卫星地球同步卫星1.1.地球同步卫星地球同步卫星:位于地球赤道上方位于地球赤道上方,相对于地面静止相对于地面静止不动不动,它的角速度跟地球的自转角速度相同它的角速度跟地球的自转角速度相同,广泛应用广泛应用于通信于通信,又叫同步通信卫星。又叫同步通信卫星。2.2.地球同步卫星的特点地球同步卫星的特点:项目项目内容内容周期一定周期一定与地球自转周期相同与地球自转周期相同,即即T=24 h=T=24 h=86 400 s86 400 s角速度一定角速度一定与地球自转的角速度相同与地球自转的角速度相同高度一定高度一定卫星离地面高度卫星离地面高度h=r-R6R(h=r-R6R(为恒量为恒量)速度大小一速度大小一定定v=3 km/s(v=3 km/s(为恒量为恒量)项目项目内容内容向心加速度向心加速度大小一定大小一定a=0.23 m/sa=0.23 m/s2 2轨道平面一轨道平面一定定轨道平面与赤道平面共面轨道平面与赤道平面共面【典例示范典例示范2 2】(多选多选)“静止静止”在赤道上空的地球在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野
