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1、宇宇 宙宙 航航 行行人教高中物理人教高中物理 必修必修2 2目目 录录1、前情回顾2、知识要点3、例题解析4、课堂练习5、课堂总结6、课后作业前情回顾前情回顾万有引力理论的成就万有引力理论的成就秤量计算天体的质量、密度秤量计算天体的质量、密度中心天体中心天体天体运动相关分析天体运动相关分析万有引力提供重力万有引力提供重力万有引力提供向心力万有引力提供向心力黄金代换式黄金代换式发现未知天体发现未知天体海王星、冥王星、阋神星海王星、冥王星、阋神星计算哈雷彗星的回归计算哈雷彗星的回归知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速度1、牛顿的设想如图1所示，把物体从高山上水平抛出，如果速度 足够大 ，物体就
2、不再落回地面，它将绕地球运动，成为 人造地球卫星 。物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。用万有引力定律就可求解。知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速度2、第一宇宙速度的推导知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速度2、第一宇宙速度理解（1）定义：物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。v=7.9km/s（2）人造卫星的发射速度与环绕速度发射速度:指被发射物体离开地面时的速度。环绕速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。7.9km/s第一宇宙速度知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速
3、度3、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。（1）当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度第二宇宙速度。（2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度脱离速度。注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。7.9km/s7.9km/s v 11.2 km/s 椭圆圆知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速度4、第三宇宙速度大小:v=16.7km/s（1）当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把1
4、6.7km/s叫做第三宇宙速度第三宇宙速度。（2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度逃逸速度。（3）注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于1 6.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。7.9km/s7.9km/s v 11.2 km/s 椭圆圆11.2km/s16.7km/s知识要点一：宇宙速度知识要点一：宇宙速度5、宇宙速度汇总比较数数值意意义第一宇第一宇宙速度宙速度7.9km/s物体在物体在地面附近地面附近绕地球做匀速地球做匀速圆周运周运动的速度的速度第二宇第二宇
5、宙速度宙速度11.2km/s在地面附近在地面附近发射射飞行器使物体克服行器使物体克服地球地球引力，永引力，永远离开地离开地球的最小地面球的最小地面发射速度射速度第三宇第三宇宙速度宙速度16.7km/s在地面附近在地面附近发射射飞行器使物体行器使物体挣脱脱太阳太阳引力束引力束缚，飞到太到太阳系外的阳系外的最小最小地面地面发射速度射速度知识要点知识要点二：人造地球卫星二：人造地球卫星目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活。知识要点知识要点二：人造地球卫星二：人造地球卫星一、人造地球卫星的运动特点1所有卫星的轨道平面过地心 2卫星的向心加速度、线速度、角
6、速度、周期与轨道半径的关系 根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：知识要点知识要点二：人造地球卫星二：人造地球卫星二、同步地球卫星的运动特点1定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内2定周期：运转周期与地球自转周期相同，T24 h.3定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.4定速率：运行速率为3.1103 m/s.知识要点三：卫星变轨问题知识要点三：卫星变轨问题在赤道上顺着地球(质量)自转方向发射卫星（质量）到圆轨道上，如图(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度突然变大,万有引力不足以提供卫星在轨道上做圆周运动的向心力,引 需，卫星做离心运动进入椭圆轨道，椭圆轨道
7、要用曲率半径,(3)在点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道.知识要点四：双星问题知识要点四：双星问题双星系统有以下性质：（1）角速度相同，因为是绕着共同中心且球心永远在一条直线上（2）万有引力充当向心力，且相等例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型一、人造卫星的运动题型一、人造卫星的运动题型一、人造卫星的运动题型一、人造卫星的运动规律规律规律规律例1 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则()Ab所需向心力最小Bb、c的周期相等且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等，
8、且小于a的线速度例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型一、人造卫星的运动规律题型一、人造卫星的运动规律题型一、人造卫星的运动规律题型一、人造卫星的运动规律答案：选ABD练练习习 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现同同同同 类类类类 练练练练 习习习习如图所示，在同一轨道平面上的三颗人造地球卫星A、B、C，在某一时刻恰好在同一直线上，下列说法正确的是()答案答案：C例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型二、对同步卫星规律的理解及题型二、对同步卫星规律的理解及题型二、对同步卫星规律的理解及题型二、对同步卫星规律的理解及应用应用应用应用例2 我国“中星11号”商
9、业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是()A运行速度大于7.9 km/sB离地面高度一定，相对地面静止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例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型二、对同步卫星规律的理解及应用题型二、对同步卫星规律的理解及应用题型二、对同步卫星规律的理解及应用题型二、对同步卫星规律的理解及应用答案：选BC“中星11号”是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s，A错其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B正确其运行周期为24小时
10、，小于月球的绕行周期27天，由2/T知，其运行角速度比月球大，C正确同步卫星与静止在赤道上的物体具有相同的角速度，但半径不同，由ar2知，同步卫星的向心加速度大，D错练练习习 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现同同同同 类类类类 练练练练 习习习习1.（多选）“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是()答案答案：AB例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型三题型三题型三题型三、宇宙速度的、宇宙速度的、宇宙速度的、宇宙速度的理解理解理解理解例3 我
11、国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D36 km/s例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解答案：选B例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型三题型三题型三题型三、宇宙速度的、宇宙速度的、宇宙速度的、宇宙速度的理解理解理解理解例4 某人在一
12、星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小例例题题 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解题型二、宇宙速度的理解答案：练练习习 经经 典典 例例 题题 真真题题再再现现同同同同 类类类类 练练练练 习习习习1.地球上发射一颗近地卫星需7.9 km/s的速度，在月球上发射的近月卫星需要多大速度？(已知地球和月球质量之比M地M月81，半径之比R地R月3.81)答案答案：5.4 km/s知识知识点点提要提要宇宙速度宇宙速度卫星运动特点卫星运动特点同步卫星同步卫星
13、双星问题双星问题课堂练习1、地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别为h1和h2，且h1h2。则下列说法中正确的是A静止轨道卫星的周期比中轨道卫星的周期大B静止轨道卫星的线速度比中轨道卫星的线速度大C静止轨道卫星的角速度比中轨道卫星的角速度大D静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星的向心加速度大答案：答案：A课堂练习2、(多选)满载A国公民的一航班在飞行途中神秘消失，A国推断航班遭到敌对国家劫持，政府立即调动大量海空军事力量进行搜救，并在第一时间紧急调动了21颗卫星参与搜寻“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径，降低卫星运行的高度，以有利于发现地面（或
14、海洋）目标下面说法正确的是（）A轨道半径减小后，卫星的环绕速度减小B轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大C轨道半径减小后，卫星的环绕周期减小D轨道半径减小后，卫星的环绕周期增大答案：答案：BC课堂练习答案：答案：BD3、有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近的近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，则有（）Aa的向心加速度等于地表重力加速度gBc在4小时内转过的圆心角是60Cb在相同时间内转过的弧长最短Dd的运动周期有可能是28小时课堂练习4地球同步卫星质量为m，离地面高度为h，地球半径为R，地球自转角速度
15、为 w，分球赤道表面重力加速度与地球两极重力加速度之比为 0.997:1，则（）A地球同步卫星所受地球对它的万有引力为 B地球同步卫星所受地球对它的万有引力为 C在赤道处物体的重力为万有引力的0.3D在赤道处物体的向心力为万有引力的0.3答案：答案：ABD课堂练习5.假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，万有引力常量为G，求：（1）地球同步卫星距离地面的高度H；（2）地球表面在赤道的重力加速度g0。答案：答案：课堂练习6.恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”中子星中子星的半径较小，一般在720 km，但它的密度大得惊人若某中子星的半径为10
16、km，密度为1.21017 kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为多少？答案：答案：课堂练习7.宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不会因为万有引力的作用而吸引到一起。如图所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比rA：rB1：2，则两颗天体的（）A角速度之比A：B1：2 B线速度大小之比vA：vB2：1C向心力大小之比FA：FB2：1 D质量之比mA：mB2：1答案：答案：D课堂练习8.2020年7月23日，我国火星探测器“天问一号”从地球上发射到与火星会合，运动轨迹如图中虚线椭圆所示。“天问一号”飞向火星
17、过程中，太阳对“天问一号”的引力远大于地球和火星对它的吸引力。下列说法正确的是（）A地球公转的向心加速度小于火星的公转向心加速度B在与火星会合前，“天问一号”的加速度大于火星公转的向心加速度C“天问一号”在飞向火星的过程中，处于加速状态D“天问一号”在地球上的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间答案：答案：B课课堂堂总总结结夯实基础夯实基础把握重点把握重点突破难点突破难点进阶跃升进阶跃升宇宙速度宇宙速度数值、概念、含义数值、概念、含义卫星运动特点卫星运动特点近地、同步近地、同步、发射发射课课后后作作业业-及及 时时 巩巩 固固课后作业课后作业-1某人在一星球上以速率某人在一星球上以速率v
18、竖直上抛一物体，经时间竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率后，物体以速率v落回手落回手中中.已知该星球的半径为已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度，求该星球的第一宇宙速度.(物体只受星球的引力，物体只受星球的引力，忽略星球自转的影响忽略星球自转的影响)课后作业课后作业-2(多选多选)“静止静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确
19、的是倍，下列说法中正确的是()A.同步卫星距地面的高度是地球半径的同步卫星距地面的高度是地球半径的(n1)倍倍B.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的的C.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的1/nD.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1/n(忽略地球的自转忽略地球的自转)课后作业课后作业-3中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨其中有静止轨道同步卫星和中地球轨
20、道卫星道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度为已知中地球轨道卫星的轨道高度为5 00015 000 km，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度B.上述两种卫星的运行速度可能大于上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/sC.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间小于中地球轨道卫星绕地球一圈的时间小于24小时小时D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空课后作业课后作业-4如图所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星
21、.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为A、B、C，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则()课后作业课后作业-5黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体，黑洞的产生过程类似黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体，黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程。某中子星的球体半径为于中子星的产生过程。某中子星的球体半径为，在距中子星表面，在距中子星表面 高度处绕高度处绕中子星运动的小星球其周期为中子星运动的小星球其周期为。已知引力常量为。已知引力常量为，中子星质量分布均匀。，中子星质量分布均匀。求：求：（1）中子星的密度；）中子星的密度；（2）中子星表面的重力加速度；）中子星表面的重力加速度；（3）中子星的第一宇宙速度。）中子星的第一宇宙速度。谢谢谢谢观观看看！