新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行4宇宙航行課件新人教版必修第二冊(cè)

第七章萬有引力與宇宙航行4．宇宙航行目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。2．知道同步衛(wèi)星和其他衛(wèi)星的區(qū)別。3．了解發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別和聯(lián)系。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

1．牛頓的設(shè)想如圖所示，把物體從高山上水平拋出，如果拋出速度__________，物體就不會(huì)落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為________________。足夠大

知識(shí)點(diǎn)1宇宙速度人造地球衛(wèi)星

勻速圓周

萬有引力

地球半徑R

mg

(3)三個(gè)宇宙速度及含義

數(shù)值意義第一宇宙速度________km/s衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做________________的速度第二宇宙速度_________km/s使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度_________km/s使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的________地面發(fā)射速度7.9

勻速圓周

運(yùn)動(dòng)

11.2

地球

16.7

太陽

最小

1．同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星位于________上方高度約36000km處，因相對(duì)地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星與地球以相同的__________轉(zhuǎn)動(dòng)，周期與地球____________相同。2．1957年10月，蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆_______________。1969年7月，美國(guó)“阿波羅11號(hào)”登上________。2003年10月15日，我國(guó)“神舟五號(hào)”把航天員__________送入太空。赤道

知識(shí)點(diǎn)2人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索角速度

自轉(zhuǎn)周期

人造地球衛(wèi)星

月球

楊利偉

思考辨析『判一判』(1)在地面上發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度是7.9km/s。 (

)(2)人造地球衛(wèi)星的最小繞行速度是7.9km/s。 (

)(3)我國(guó)向月球發(fā)射的“嫦娥二號(hào)”宇宙飛船在地面附近的發(fā)射速度要大于11.2km/s。 (

)√

×

×

×

×

×

『選一選』(多選)如圖中的四種虛線軌跡，可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是

(

)ACD

解析：人造地球衛(wèi)星靠地球?qū)λ娜f有引力提供向心力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心，所以人造地球衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心是地心，故ACD正確，B錯(cuò)誤?！合胍幌搿粚⑽矬w以一定的水平速度從某一高度水平拋出，初速度變大時(shí)，其射程如何變化？課內(nèi)互動(dòng)探究探究

在地球的周圍，有許多的衛(wèi)星在不同的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)思考：(1)這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點(diǎn)？(2)這些衛(wèi)星的線速度、角速度、周期跟什么因素有關(guān)呢？人造地球衛(wèi)星情景導(dǎo)入1．人造地球衛(wèi)星(1)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步軌道)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖所示。(2)因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心。要點(diǎn)提煉(3)衛(wèi)星中的超重與失重①超重：發(fā)射時(shí)加速上升過程；返回大氣層時(shí)減速降低過程。②失重：衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，衛(wèi)星本身和其中的人、物都處于完全失重狀態(tài)。③衛(wèi)星中失效的物理儀器：凡工作條件或原理與重力有關(guān)的儀器都不能使用。2．地球同步衛(wèi)星(1)位于地球赤道上方，相對(duì)于地面靜止不動(dòng)，它的角速度跟地球的自轉(zhuǎn)角速度相同，廣泛應(yīng)用于通信，又叫同步通信衛(wèi)星。(2)特點(diǎn)①定周期：所有同步衛(wèi)星周期均為T＝24h。②定軌道：同步衛(wèi)星軌道必須在地球赤道的正上方，運(yùn)轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東。

(多選)(2021·云南省騰沖市第八中學(xué)高一下學(xué)期期中)a、b、c、d是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的四顆人造衛(wèi)星，其中a、c的軌道相交于P(圖中未畫出)，b、d在同一個(gè)圓軌道上，b、c軌道位于同一平面。某時(shí)刻四顆人造衛(wèi)星的運(yùn)行方向及位置如圖所示。下列說法中正確的是

(

)A．a(chǎn)、c的加速度大小相等，且大于b的加速度B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C．a(chǎn)、c的線速度大小相等，且大于d的線速度D．a(chǎn)、c存在相撞危險(xiǎn)典題1典例剖析AC

思路引導(dǎo)：萬有引力提供向心力是解決衛(wèi)星問題的核心，正確選用向心力的不同表達(dá)式是解題的關(guān)鍵。北斗三號(hào)系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星于2020年6月23日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，并于6月30日成功定點(diǎn)到工作軌位。據(jù)介紹，該衛(wèi)星是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第55顆衛(wèi)星，也是北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的地球靜止軌道衛(wèi)星，可以定點(diǎn)在赤道上空的某一點(diǎn)。典題2典例剖析則關(guān)于該顆衛(wèi)星下列說法正確的是 (

)A．以地面為參考系，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星靜止B．以太陽為參考系，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星靜止C．北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在高空相對(duì)赤道上物體一定是運(yùn)動(dòng)的D．北斗導(dǎo)航衛(wèi)星相對(duì)地面上靜止的物體是運(yùn)動(dòng)的解析：地球靜止軌道衛(wèi)星相對(duì)于地面是靜止的。故A正確；以太陽為參考系，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星隨地球一起繞太陽運(yùn)動(dòng)。故B錯(cuò)誤；以地面為參考系，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是靜止的，故C錯(cuò)誤；地球靜止軌道衛(wèi)星相對(duì)于地面是靜止的，所以相對(duì)地面上靜止的物體也是靜止的。故D錯(cuò)誤。A

1．(多選)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道(

)A．與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面同心圓B．與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同心圓C．與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)于地球表面是靜止的D．與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)于地球表面是運(yùn)動(dòng)的對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練CD

解析：因?yàn)槿嗽煨l(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，靠萬有引力提供向心力，萬有引力以及向心力的方向均指向地心，所以人造地球衛(wèi)星的軌道的圓心必須是地心，故A錯(cuò)誤；衛(wèi)星通過南北極上空，某時(shí)刻在某一經(jīng)線上，由于地球的自轉(zhuǎn)，下一刻衛(wèi)星將不在原來的經(jīng)線上，故B錯(cuò)誤；同步衛(wèi)星在赤道上方，與地球保持相對(duì)靜止，軌道平面與赤道平面共面，故C正確；與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)于地球表面是運(yùn)動(dòng)的，萬有引力提供向心力，高度小于或者大于同步衛(wèi)星高度，故D正確。探究

發(fā)射衛(wèi)星，要有足夠大的速度才行。(1)怎樣求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？(2)把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越??？第一宇宙速度的定性分析和定量計(jì)算情景導(dǎo)入要點(diǎn)提煉

2020年3月9日19時(shí)55分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道。若已知地球表面重力加速度為g，引力常量為G，地球的第一宇宙速度為v1，則 (

)A．根據(jù)題給條件可以估算出地球的質(zhì)量B．據(jù)題給條件不能估算地球的平均密度C．第一宇宙速度v1是人造地球衛(wèi)星的最大發(fā)射速度，也是最小環(huán)繞速度D．在地球表面以速度2v1發(fā)射的衛(wèi)星將會(huì)脫離太陽的束縛，飛到太陽系之外典題3典例剖析A

2．(2021·江蘇蘇州中學(xué)高一月考)某人在一星球上以速度v0豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t后，物體落回到手中。已知地球半徑為R，星球的半徑是地球半徑的一半，那么至少要用多大的速度沿星球表面拋出才能使物體不再落回星球表面 (

)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A

易錯(cuò)辨析警示易錯(cuò)點(diǎn)：由于對(duì)人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律認(rèn)識(shí)不清而致錯(cuò)

(多選)(2021·江蘇淮安市高一月考)假如做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來的2倍，仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則

(

)案例CD

易錯(cuò)分析：對(duì)人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，盲目套用公式，不能正確判斷當(dāng)軌道半徑發(fā)生變化時(shí)，相關(guān)物理量如何改變。而錯(cuò)選AB。素養(yǎng)警示在討論此類問題時(shí)，一定要分清哪些物理量是不變量，哪些物理量是變量，并由物理公式明確變量間的函數(shù)關(guān)系。解題的關(guān)鍵是對(duì)物理概念和規(guī)律的正確理解，絕對(duì)不能盲目套用公式。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)A

2．(2021·江蘇高一月考)在地面附近先后發(fā)射飛行器甲和乙，甲的發(fā)射速度為7.9km/s，乙的發(fā)射速度為10km/s。已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，根據(jù)以上信息可判斷或求出 (

)A．甲的軌道是橢圓 B．乙的軌道是圓C．地球的密度 D．甲的周期比乙短解析：甲的速度恰好等于第一宇宙速度，則軌道是圓，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；乙的速度大于第一宇宙速度，但是小于第二宇宙速度，則軌道是橢圓，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)題中條件不能求解地球的密度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定律，乙的半長(zhǎng)軸大于甲的軌道半徑，則甲的周期比乙短，選項(xiàng)D正確。D

3．(2021·江蘇揚(yáng)州市揚(yáng)州中學(xué)高一月考)如圖所示，L為地月拉格朗日點(diǎn)，該點(diǎn)位于地球和月球連線的延長(zhǎng)線上，處于此處的某衛(wèi)星無需動(dòng)力維持即可與月球一起同步繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。已知該衛(wèi)星與月球的中心、地球中心的距離分別為r1、r2，月球公轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G。則 (

)A．該衛(wèi)星的周期大于月球的公轉(zhuǎn)周期B．該衛(wèi)星的加速度小于月球公轉(zhuǎn)的加速度C．根據(jù)題述條件，可以求出月球的質(zhì)量D．根據(jù)題述條件，不能求出地球的質(zhì)量C

4．(2021·廣西桂林市高一開學(xué)考試)如圖是關(guān)于地球表面發(fā)射衛(wèi)星時(shí)的三種宇宙速度的示意圖，橢圓軌道為某衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道，下列說法正確的是(

)A．此衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第一宇宙速度B．此衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度C．若想讓衛(wèi)星進(jìn)入月球軌道，發(fā)射速度需大于第二宇宙速度D．若想讓衛(wèi)星進(jìn)入太陽軌道，發(fā)射速度需大于第三宇