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1、高中物理高中物理必修必修2人教版人教版5宇宙航行宇宙航行目标目标1.知道知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度的公式三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度的公式2理解掌握理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系与轨道半径的关系3了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况一、人造地球卫星一、人造地球卫星1.牛顿的设想牛顿的设想：如图：如图651所示，在高山所示，在高山上水平抛出一物体，当物体的初速度上水平抛出一物体，当物体的初速度_时，它将会围绕地球旋转而不再时，它将会围绕地球旋转而
2、不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的落回地球表面，成为一颗绕地球转动的_图图651足够大足够大人造地球卫星人造地球卫星匀速圆周匀速圆周万有引力万有引力想一想想一想卫星离地面越高，其线速度是越大吗？卫星离地面越高，其线速度是越大吗？二、宇宙速度二、宇宙速度1第一宇宙速度第一宇宙速度v1_km/s，卫星在，卫星在_绕地球做匀速圆周绕地球做匀速圆周运动的速度，又称环绕速度运动的速度，又称环绕速度2第二宇宙速度第二宇宙速度v2_km/s，使卫星挣脱，使卫星挣脱_引力束缚的最小地面发引力束缚的最小地面发射速度，又称脱离速度射速度，又称脱离速度3第三宇宙速度第三宇宙速度v3_km/s，使卫星挣脱，使卫星
3、挣脱_引力束缚的引力束缚的_地面发地面发射速度，也叫逃逸速度射速度，也叫逃逸速度7.9地球表面附近地球表面附近11.2地球地球16.7太阳太阳最小最小想一想想一想下列说法是否正确：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10km/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7.9km/s.()答案答案卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线速卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线速度就越大，最大速度等于第一宇宙速度度就越大，最大速度等于第一宇宙速度7.9km/s，(1)错；地球错；地球卫
4、星的最小发射速度为卫星的最小发射速度为7.9km/s，即第一宇宙速度，即第一宇宙速度，(2)对对三、梦想成真三、梦想成真1957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_踏入太空踏入太空苏联苏联月球月球杨利伟杨利伟（一）、对三个宇宙速度的理解（一）、对三个宇宙速度的理解宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发射发射速度速度1第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)(1)是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的是人造
5、卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v7.9km/s.(2)推导推导：对于近地人造卫星，轨道半径：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半近似等于地球半径径R6400km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取卫星在地面上所受的重力，取g9.8m/s2，则，则2第二宇宙速度第二宇宙速度(脱离速度脱离速度)：在地面上发射物体，使之能够：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其
6、他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为11.2km/s.3第三宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为需的最小速度，其大小为16.7km/s.注意注意：第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最：第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度小发射速度A0.4km/sB1.8km/sC11km/sD36km/s答案答案B【例例2】某人在一星球上以速
7、率某人在一星球上以速率v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落回手中已知该星球的半径为落回手中已知该星球的半径为R，求该，求该星球上的第一宇宙速度星球上的第一宇宙速度二、人造卫星运动问题的处理思路及规律二、人造卫星运动问题的处理思路及规律1轨道及特点轨道及特点(1)轨道：赤道轨道、极地轨道及其他轨道如图轨道：赤道轨道、极地轨道及其他轨道如图652所示所示(2)特点：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6522处理思路及规律处理思路及规律将人造卫星视为绕地球将人造卫星视为绕地球(或其他天体或其他天体)做匀速圆周运动，所做匀速圆周运动，所需
8、向心力等于地球需向心力等于地球(或其他天体或其他天体)对卫星的万有引力，即：对卫星的万有引力，即：【例例3】a、b、c、d是在地球大气层外是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星的圆形轨道上运行的四颗人造卫星其中其中a、c的轨道相交于的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，在同一个圆轨道上，b、c轨道在同轨道在同一平面上某时刻四颗卫星的运行一平面上某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图方向及位置如图653所示，下所示，下列说法中正确的是列说法中正确的是()图图653Aa、c的加速度大小相等，且大于的加速度大小相等，且大于b的加速度的加速度Bb、c的角速度大小相等，且小于的角速度大小相等，且小
9、于a的角速度的角速度Ca、c的线速度大小相等，且小于的线速度大小相等，且小于d的线速度的线速度Da、c存在存在P点相撞的危险点相撞的危险答案答案A三、地球同步卫星三、地球同步卫星1同步卫星同步卫星：指：指相对于地面静止相对于地面静止的卫星，又叫通讯卫星的卫星，又叫通讯卫星2六个六个“一定一定”：(1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致；运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致；(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，T24h；(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)轨道平面一定：所有地球
10、同步卫星的轨道平面均在赤道平面内；轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内；(5)高度一定：所有同步卫星离地面高度相同，均为高度一定：所有同步卫星离地面高度相同，均为36000km；(6)速率一定：所有同步卫星的环绕速度相同速率一定：所有同步卫星的环绕速度相同不是不是速度速度特别提醒特别提醒(1)所有同步卫星的周期所有同步卫星的周期T、轨道半径、轨道半径r、环绕速度环绕速度v、角速度、角速度及向心加速度及向心加速度a的的大小均相同；但因质量可能不同，所受大小均相同；但因质量可能不同，所受万有引力万有引力(向心力向心力)可能不同可能不同(2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与所有国家
11、发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运动且都相对静止动且都相对静止【例例4】下面关于同步通信卫星的说法中，正确的是下面关于同步通信卫星的说法中，正确的是()A同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是确定的确定的B同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，有的不能确定，可以调节有的不能确定，可以调节C我国发射第一颗人造地球卫星的周期是我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114min，比同，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低高度比同步通信卫星的低D同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小星的速率小答案答案ACD卫星变轨卫星变轨123AB卫星变轨卫星变轨123AB天天体体运运动动地地上上天天上上随天体自转随天体自转不考虑自转不考虑自转同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星高空卫星高空卫星一般卫星一般卫星赤道赤道两极两极r1r2m1m2