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1、南溪一中南溪一中 粟小红粟小红2012016 6年年3 3月月2626日日必修必修2 2 第三章第四节第三章第四节人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度课标定位课标定位应用：应用：1.结合圆周运动知识求解天体运动的相结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量关物理量2同步卫星的特点及其应用同步卫星的特点及其应用理解：理解：1.人造卫星的发射原理及宇宙速度推导人造卫星的发射原理及宇宙速度推导2人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系半径的关系认识：认识：1.人造卫星的有关知识及其运动规律人造卫星的有关知识及其运动规律2三个宇宙速度的含义三个宇宙速度的含义课前自
2、主学案课前自主学案一、人造卫星一、人造卫星1卫星是一些自然的或人工的在太空中绕卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体行星运动的物体2人造卫星用于通信、导航、收集气象数人造卫星用于通信、导航、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究据和其他许多领域内的科学研究二、宇宙速度二、宇宙速度1第第一一宇宇宙宙速速度度：使使卫卫星星能能环环绕绕地地球球运运行行所所需需的的_发发射射速速度度，其其大大小小为为v1_，又又称称环绕环绕速度速度2第第二二宇宇宙宙速速度度：使使人人造造卫卫星星脱脱离离_的的引引力力束束缚缚，不不再再绕绕_运运行行，从从_表表面面发发射射所所需需的的最最小小速速度度，其其大
3、大小小为为v2_，又又称称脱脱离速度离速度3第三宇宙速度：使物体脱离太阳的束第三宇宙速度：使物体脱离太阳的束缚缚而而飞飞离离太阳系，从地球表面太阳系，从地球表面发发射所需的最小速度，其大射所需的最小速度，其大小小为为v3_，也叫逃逸速度，也叫逃逸速度最小最小7.9 km/s地球地球地球地球地球地球11.2 km/s16.7 km/s思考感悟思考感悟如如果果要要发发射射一一个个火火星星探探测测器器，试试问问这这个个探探测测器器将将大体以多大的速度从地球上大体以多大的速度从地球上发发射？射？提示：提示：火星探火星探测测器器绕绕火星运火星运动动，脱离了地球的束，脱离了地球的束缚缚，但没有，但没有挣挣
4、脱太阳的束脱太阳的束缚缚，因此它的，因此它的发发射速度射速度应应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间间，即，即11.2 km/sv 16.7 km/s.核心要点突破核心要点突破特特别别提提醒醒：(1)第第一一宇宇宙宙速速度度是是最最大大运运行行速速度，也是最小度，也是最小发发射速度射速度(2)三个宇宙速度分三个宇宙速度分别为别为在三种不同情况下在三种不同情况下在地面附近的最小在地面附近的最小发发射速度射速度即即时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.关于第一宇宙速度，下列关于第一宇宙速度，下列说说法正确的是法正确的是()A它是人造地球它是人造地球卫卫
5、星星绕绕地球地球飞飞行的最小速度行的最小速度B它是近地它是近地圆圆形形轨轨道上人造地球道上人造地球卫卫星的运行速度星的运行速度C它它是是能能使使卫卫星星进进入入近近地地圆圆形形轨轨道道的的最最小小发发射射速速度度D它是它是卫卫星在星在椭圆轨椭圆轨道上运行道上运行时时在在远远地点的速度地点的速度解析：解析：选选BC.如果如果卫卫星在星在椭圆轨椭圆轨道上运行道上运行时时近地点近地点的速度等于第一宇宙速度，那么它将做匀速的速度等于第一宇宙速度，那么它将做匀速圆圆周周运运动动，不会做，不会做椭圆椭圆运运动动二、人造地球二、人造地球卫卫星星1.图图341人造卫星的轨道人造卫星的轨道卫星绕地球做匀速圆周运
6、动时由地球对它的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力，地球对卫星的万有引万有引力充当向心力，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力指向地心而做匀速圆周运动的物体的向心力则时刻指向它做圆周运动的圆心因此心力则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
7、心在地心，就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可能是卫星绕地球运行的圆轨道如图341所示所示特特别别提提醒醒：(1)在在处处理理卫卫星星的的v、T与与半半径径r的的关关系系问问题题时时，常常用用公公式式“gR2GM”来来替替换换出出地地球球的的质质量量M会会使使问问题题解解决决起起来来更更方便方便(2)由于由于卫卫星在星在轨轨道上运道上运动时动时，它受到的万，它受到的万有引力全部提供了向心力，有引力全部提供了向心力，产产生了向心加速生了向心加速度，因此度，因此卫卫星及星及卫卫星上任何物体都星上任何物体都处处于完全于完全失重状失重状态态即即时应时应用用 (即即
8、时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.我我们们国国家家在在1986年年成成功功发发射射了了一一颗颗实实用用地地球球同同步步卫卫星星，从从1999年年至至今今已已几几次次将将“神神舟舟”号号宇宇宙宙飞飞船船送送入入太太空空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上正常运道上正常运转转相比相比较较()A卫卫星运星运转转周期比周期比飞飞船大船大B卫卫星运星运转转速率比速率比飞飞船大船大C卫卫星运星运转转加速度比加速度比飞飞船大船大D卫卫星离地高度比星离地高度比飞飞船大船大解析：解析：选选AD.根据根据
9、飞飞船船36 h，环绕环绕地球地球24圈，可圈，可知知飞飞船的周期小于同步船的周期小于同步卫卫星的周期，根据万有引星的周期，根据万有引力提供向心力，可知力提供向心力，可知A、D正确正确三、地球同步三、地球同步卫卫星星1概概念念：相相对对于于地地面面静静止止且且与与地地球球自自转转具具有有相相同同周期的周期的卫卫星叫地球同步星叫地球同步卫卫星，又叫通信星，又叫通信卫卫星星2特点特点(1)同步同步卫卫星的运行方向与地球自星的运行方向与地球自转转方向一致方向一致(2)同同步步卫卫星星的的运运转转周周期期与与地地球球自自转转周周期期相相同同，T24 h.(3)同步同步卫卫星的运行角速度等于地球自星的运
10、行角速度等于地球自转转的角速度的角速度(4)同步同步卫卫星的星的轨轨道平面必道平面必须须与赤道平面平行，又与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须须在在轨轨道平面上，所以同步道平面上，所以同步卫卫星的星的轨轨道平面均在赤道道平面均在赤道平面上，即所有的同步平面上，即所有的同步卫卫星都在赤道的正上方星都在赤道的正上方特特别别提提醒醒：(1)所所有有同同步步卫卫星星的的周周期期T、轨轨道道半半径径r、环环绕绕速速度度v、角角速速度度及及向向心心加加速速度度a的大小均相同的大小均相同.(2)所有国家所有国家发发射的同步射的同步卫卫星的星的轨轨道
11、都与赤道都与赤道道为为同心同心圆圆，它，它们们都在同一都在同一轨轨道上运道上运动动且都且都相相对对静止静止即即时应时应用用 (即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3.关于地球的同步关于地球的同步卫卫星下列星下列说说法正确的是法正确的是()A所所有有地地球球的的同同步步卫卫星星一一定定位位于于赤赤道道的的正正上上方方，但不一定在同一个但不一定在同一个圆圆周上周上B所所有有地地球球的的同同步步卫卫星星离离地地面面的的高高度度相相同同，但但不不一定位于赤道的正上方一定位于赤道的正上方C所所有有地地球球的的同同步步卫卫星星的的向向心心加加速速度度、线线速速度度、角速度、周期一定相等角速度、周期一定相
12、等D所有地球的同步所有地球的同步卫卫星的向心加速度大小相等星的向心加速度大小相等解析：解析：选选D.所有同步所有同步卫卫星都位于地球赤道的正上星都位于地球赤道的正上方的同一个方的同一个圆圆周周轨轨道上，道上，显显然然选项选项A、B是不是不对对的的又因向心加速度、又因向心加速度、线线速度速度为为矢量，尽管所有的矢量，尽管所有的同步同步卫卫星的向心加速度的大小、星的向心加速度的大小、线线速度的大小、速度的大小、角速度和周期都相等，但是向心加速度和角速度和周期都相等，但是向心加速度和线线速度速度的方向不相同，因此的方向不相同，因此选项选项C也不也不对对，只有，只有选项选项D正正确确课堂互动讲练课堂互
13、动讲练类型一类型一第一宇宙速度的第一宇宙速度的计计算算 某某人人在在一一星星球球上上以以速速率率v竖竖直直上上抛抛一一物物体体，经经时时间间t物物体体以以速速率率v落落回回手手中中，已已知知该该星星球的半径球的半径为为R，求，求该该星球上的第一宇宙速度星球上的第一宇宙速度【思路点思路点拨拨】第一宇宙速度是第一宇宙速度是环绕环绕星球表星球表面运行的速度，即面运行的速度，即对应对应的的轨轨道半径道半径为该为该星球星球的半径，且重力就等于星球的半径，且重力就等于星球对对其的万有引力其的万有引力例例例例1 1变变式式训训练练1若若取取地地球球的的第第一一宇宇宙宙速速度度为为8 km/s，某某行行星星的
14、的质质量量是是地地球球的的6倍倍，半半径径是是地地球球的的1.5倍倍，此此行行星星的的第第一一宇宇宙宙速速度度约约为为()A16 km/sB32 km/sC4 km/s D2 km/s类型二类型二人造人造卫卫星的运行星的运行规规律律例例例例2 2图图342【思路点思路点拨拨】在人造在人造卫卫星运星运动过动过程中，万程中，万有引力提供了所需的向心力，由此根据牛有引力提供了所需的向心力，由此根据牛顿顿定律列出方程来判断定律列出方程来判断【答案答案】C变变式式训训练练2(2011年年高高考考山山东东理理综综卷卷)甲甲、乙乙为为两两颗颗地地球球卫卫星星，其其中中甲甲为为地地球球同同步步卫卫星星，乙乙的的运运行行高高度度低低于于甲甲的的运运行行高高度度，两两卫卫星星轨轨道道均均可可视视为为圆圆轨轨道道以以下下判判断断正正确确的的是是()A甲的周期大于乙的周期甲的周期大于乙的周期B乙的速度大于第一宇宙速度乙的速度大于第一宇宙速度C甲的加速度小于乙的加速度甲的加速度小于乙的加速度D甲在运行甲在运行时时能能经过经过北极的正上方北极的正上方类型三类型三同步同步卫卫星的有关星的有关问题问题例例例例3 3【答案答案】BC