2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行(2)课件

4宇宙航行宇宙航行 1牛顿的设想牛顿的设想如如图图651所所示示,当当物物体体的的_足足够够大大时时,它它将将会会围围绕绕地地球球旋旋转转而而不不再再落落回回地地球球表表面面,成成为为一一颗颗绕绕地地球球转转动动的的_人造地球卫星人造地球卫星 图图651初速度初速度人造地球卫星人造地球卫星2原理原理匀速圆周匀速圆周万有引力万有引力思考思考1：卫星离地面越高卫星离地面越高,其线速度是越大还是越小？其线速度是越大还是越小？1假假如如一一做做圆圆周周运运动动的的人人造造地地球球卫卫星星的的轨轨道道半半径径增增大大到到原原来的来的2倍倍,仍做圆周运动仍做圆周运动,则则()A根根据据公公式式vr,可可知知卫卫星星运运动动的的线线速速度度将将增增大大到到原原来来的的2倍倍答案答案CD宇宙速度宇宙速度 数数值值意意义义第一宇宙速第一宇宙速度度_km/s卫卫星在地球表面附近星在地球表面附近绕绕地球做地球做_的速度的速度第二宇宙速第二宇宙速度度_km/s使使卫卫星星挣挣脱脱_引力束引力束缚缚的最小地的最小地面面发发射速度射速度第三宇宙速第三宇宙速度度_km/s使使卫卫星星挣挣脱脱_引力束引力束缚缚的的_地地面面发发射速度射速度7.9匀速圆周运动匀速圆周运动11.2地球地球16.7太阳太阳最小最小思考思考2：下列说法是否正确：下列说法是否正确：(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.()(2)在地面上发射人造卫星的最小速度是在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.()提提示示：卫卫星星绕绕地地球球做做圆圆周周运运动动飞飞行行时时的的轨轨道道半半径径越越小小,其其线线速速度度就就越越大大,最最大大速速度度等等于于第第一一宇宇宙宙速速度度7.9 km/s,(1)错错；地地球球卫卫星的最小发射速度为星的最小发射速度为7.9 km/s,即第一宇宙速度即第一宇宙速度(1)错错(2)对对2.关于宇宙速度关于宇宙速度,下列说法正确的是下列说法正确的是()A第第一一宇宇宙宙速速度度是是能能使使人人造造地地球球卫卫星星绕绕地地球球飞飞行行的的最最小小发射速度发射速度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第第二二宇宇宙宙速速度度是是卫卫星星在在椭椭圆圆轨轨道道上上运运行行时时近近地地点点的的速速度度D第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度答案答案A3关于地球的第一宇宙速度关于地球的第一宇宙速度,下列表述正确的是下列表述正确的是()A第一宇宙速度又叫环绕速度第一宇宙速度又叫环绕速度B第一宇宙速度又叫脱离速度第一宇宙速度又叫脱离速度C第一宇宙速度跟地球的质量无关第一宇宙速度跟地球的质量无关D第一宇宙速度跟地球的半径无关第一宇宙速度跟地球的半径无关答案答案A1957年年10月月_成功发射了第一颗人造卫星；成功发射了第一颗人造卫星；1969年年7月美国月美国“阿波罗阿波罗11号号”登上登上_；2003年年10月月15日我国航天员日我国航天员_踏入太空；踏入太空；2007年年10月月24日我国日我国“嫦娥一号嫦娥一号”发射升空；发射升空；2008年年9月月27日日“神神舟舟七七号号”宇宇航航员员翟翟志志刚刚顺顺利利完完成成出出舱舱活活动任务动任务2010年年10月月1日日18时时59分分57秒秒“嫦嫦娥娥二二号号”卫卫星星在在西西昌昌卫卫星星发射中心发射成功发射中心发射成功苏联苏联月球月球杨利伟杨利伟2011年年11月月3日日和和14日日,“神神舟舟八八号号”飞飞船船与与“天天宫宫一一号号”目目标标飞行器两次成功对接飞行器两次成功对接2012年年6月月16日日,“神舟九号神舟九号”飞船及三名宇航员顺利升空飞船及三名宇航员顺利升空 4如如图图652所所示示,宇宇航航员员在在围围绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的空空间站中会完全失重间站中会完全失重,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A宇航员仍受万有引力的作用宇航员仍受万有引力的作用B宇航员受力平衡宇航员受力平衡C宇航员受万有引力和向心力宇航员受万有引力和向心力D宇航员不受任何作用力宇航员不受任何作用力图图652解解析析在在绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的空空间间站站中中,宇宇航航员员仍仍受受万万有有引引力力作作用用,万万有有引引力力充充当当向向心心力力,对对支支持持物物不不再再有有压压力力,对对悬悬挂挂物物不不再再有有拉拉力力,处处于于完完全全失失重重状状态态,所所以以此此时时宇宇航航员员受受且且只只受受万有引力的作用万有引力的作用A项正确项正确答案答案A 人人造造卫卫星星的的向向心心加加速速度度、线线速速度度、角角速速度度、周周期期与与半半径径的的关关系系卫卫星星在在轨轨道道上上运运行行时时,若若卫卫星星的的轨轨道道为为圆圆形形,则则卫卫星星受受到到的的万万有引力全部提供卫星做匀速圆周运动的向心力有引力全部提供卫星做匀速圆周运动的向心力设设卫卫星星的的轨轨道道半半径径为为r,线线速速度度大大小小为为v,角角速速度度大大小小为为,周周期期为为T,向心加速度大小为向心加速度大小为a.根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律【典典例例1】如如图图653所所示示,是是同同一一轨轨道道平平面面内内的的三三颗颗人人造造地球卫星地球卫星,下列说法正确的是下列说法正确的是()图图653答案答案C(1)人造卫星运动问题的处理思路：人造卫星运动问题的处理思路：将将人人造造卫卫星星视视为为绕绕地地球球(或或其其他他天天体体)做做匀匀速速圆圆周周运运动动,所所需需向向心力等于地球心力等于地球(或其他天体或其他天体)对卫星的万有引力对卫星的万有引力,即：即：(2)人造卫星的轨道及特点人造卫星的轨道及特点人人造造卫卫星星的的轨轨道道有有：赤赤道道轨轨道道、极极地地轨轨道道及及其其他他轨轨道道如如图图654所示所示轨道特点轨道特点所有的轨道圆心都在地心所有的轨道圆心都在地心图图654【跟跟踪踪1】设设地地球球的的半半径径为为R,质质量量为为m的的卫卫星星在在距距地地面面高高为为2R处做匀速圆周运动处做匀速圆周运动,地面的重力加速度为地面的重力加速度为g,则则()答案答案AC1.第第一一宇宇宙宙速速度度是是人人造造卫卫星星绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的最最大大环环绕速度绕速度,也是最小发射速度也是最小发射速度2当当在在地地面面上上以以7.9 km/sv11.2 km/s的的速速度度发发射射卫卫星星时时,该该卫星的轨道是椭圆卫星的轨道是椭圆,地球位于椭圆的一个焦点上地球位于椭圆的一个焦点上3三三个个宇宇宙宙速速度度分分别别为为三三种种不不同同情情况况下下在在地地面面附附近近的的最最小小发射速度不同星球的第一宇宙速度不同发射速度不同星球的第一宇宙速度不同对三个宇宙速度的理解对三个宇宙速度的理解 答案答案B 第一宇宙速度的推导方法第一宇宙速度的推导方法对对于于近近地地人人造造卫卫星星,轨轨道道半半径径r近近似似等等于于地地球球半半径径R6 400 km,卫卫星星在在轨轨道道处处所所受受的的万万有有引引力力近近似似等等于于卫卫星星在在地地面面上上所所受的重力受的重力,取取g9.8 m/s2,则则【跟跟踪踪2】金金星星的的半半径径是是地地球球的的0.95倍倍,质质量量为为地地球球的的0.82倍倍那么那么(g取取10 m/s2)：(1)金星表面的自由落体加速度是多大？金星表面的自由落体加速度是多大？(2)金星的第一宇宙速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？答案答案(1)9.09 m/s2(2)7.34 km/s地球同步卫星有七个地球同步卫星有七个“一定一定”(1)运运行行方方向向一一定定：同同步步卫卫星星的的运运行行方方向向与与地地球球的的自自转转方方向一致向一致(2)周期一定：运转周期与地球自转周期相同周期一定：运转周期与地球自转周期相同,T24 h；(3)角速度一定：等于地球自转角速度角速度一定：等于地球自转角速度(4)轨轨道道平平面面一一定定：所所有有地地球球同同步步卫卫星星的的轨轨道道平平面面均均在在赤赤道平面内；道平面内；(5)高度一定：离地面高度为高度一定：离地面高度为36 000 km；(6)速率一定：运转速率均为速率一定：运转速率均为3.1103 m/s；(7)向心加速度的大小一定：均约为向心加速度的大小一定：均约为0.23 m/s2.同步卫星同步卫星【典例典例3】下面关于同步通信卫星的说法中下面关于同步通信卫星的说法中,不正确的是不正确的是()A同同步步通通信信卫卫星星和和地地球球自自转转同同步步卫卫星星的的高高度度和和速速率率都都是是确定的确定的B同同步步通通信信卫卫星星的的高高度度、速速度度、周周期期中中,有有的的能能确确定定,有有的不能确定的不能确定,可以调节可以调节C我我国国发发射射第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星的的周周期期是是114 min,比比同同步步通通信信卫卫星星的的周周期期短短,所所以以第第一一颗颗人人造造卫卫星星离离地地面面的的高高度度比同步通信卫星的低比同步通信卫星的低D同同步步通通信信卫卫星星的的速速率率比比我我国国发发射射的的第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星的速率小星的速率小答案答案B 对对于于同同步步卫卫星星、通通信信卫卫星星、近近地地卫卫星星、极极地地卫卫星星等等一一些些特特殊殊卫卫星星要要注注意意加加以以理理解解、辨辨析析要要注注意意同同步步卫卫星星的的特特殊殊性性,不不管管什什么么卫卫星星在在轨轨道道上上运运行行时时,都都是是受受到到的的万万有有引引力力全全部部提提供供向向心心力力,产产生生向向心心加加速速度度,因因此此卫卫星星及及卫卫星星上上任任何何物体都处于完全失重状态物体都处于完全失重状态【跟跟踪踪3】我我国国5月月26日日成成功功发发射射了了“中中星星2A”通通信信广广播播地地球球同同步步卫卫星星在在某某次次实实验验中中,飞飞船船在在空空中中飞飞行行了了36 h,环环绕绕地地球球24圈圈那那么么,同同步步卫卫星星与与飞飞船船在在轨轨道道上上正正常常运运转转相相比比较较()A同步卫星运转周期比飞船大同步卫星运转周期比飞船大B同步卫星运转速率比飞船大同步卫星运转速率比飞船大C同步卫星运转加速度比飞船大同步卫星运转加速度比飞船大D同步卫星离地高度比飞船大同步卫星离地高度比飞船大 解解析析宇宇宙宙飞飞船船在在太太空空中中环环绕绕地地球球运运转转时时,飞飞船船就就相相当当于于地地球球的的一一颗颗卫卫星星,此此卫卫星星与与同同步步卫卫星星相相比比有有一一些些不不同同,但但也也有有相相同同之之处处,那那就就是是万万有有引引力力提提供供向向心心力力由由万万有有引引力力定定律律和和牛牛顿顿第第二定律得二定律得答案答案AD 疑难突破疑难突破2卫星、飞船的发射和变轨问题卫星、飞船的发射和变轨问题1.发射速度与环绕速度发射速度与环绕速度2稳定运行和变轨运行稳定运行和变轨运行典例剖析典例剖析【典例典例】发射地球同步卫星时发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道先将卫星发射至近地圆轨道1,然后点火然后点火,使其沿椭圆轨道使其沿椭圆轨道2运行运行,最后再次点火最后再次点火,将卫星送将卫星送入同步圆轨道入同步圆轨道3.轨道轨道1、2相切于相切于Q点点,轨道轨道2、3相切于相切于P点点,如图如图655所示当卫星分别在所示当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行轨道上正常运行时时,以下说法正确的是以下说法正确的是()图图655A卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率B卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大小大于它在轨道点时的加速度大小大于它在轨道2上经过上经过Q点时的加速度大小点时的加速度大小D卫星