（人教版）高中物理必修二第1部分 第六章 第5节 宇宙航行
文档属性
| 名称 | （人教版）高中物理必修二第1部分 第六章 第5节 宇宙航行 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-30 20:53:48 | ||
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文档简介
(共47张PPT)
课时跟踪训练
应用创新演练
第 5
节
宇宙航行
理解教材新知
把握热点考向
考向一
考向二
随堂基础巩固
第
六章
万有引力与航天
考向三
知识点一
知识点二
知识点三
1.人造卫星环绕地球做匀速圆周运动， 所需向心力由地球对卫星的万有引力提供。
2．第一宇宙速度为7.9 km/s，其意义为最小 发射速度或最大环绕速度。
3．第二宇宙速度为11.2 km/s，其意义表示物体脱离地球的
束缚所需要的最小发射速度。
4．第三宇宙速度为16.7 km/s，其意义为物体脱离太阳引力
的束缚所需的最小发射速度。
1．人造地球卫星
(1)概念：如图6－5－1所示，当物体
的 足够大时，它将会围绕 旋转
而不再落回地面，成为一颗绕地球转动
的人造卫星。
(2)运动规律：一般情况下可认为人
造卫星绕地球做 运动。
(3)向心力来源：人造地球卫星的向心力由
提供。
初速度
地球
图6－5－1
匀速圆周
地球对它
的万有引力
[自学教材]
2．宇宙速度
(1)第一宇宙速度：v1＝ ，又称环绕速度。
(2)第二宇宙速度：v2＝ ，又称脱离速度。
(3)第三宇宙速度：v3＝ ，也叫逃逸速度。
3．梦想成真
1957年10月， 成功发射了第一颗人造卫星；
1969年7月，美国“阿波罗11号”登上 ；
2003年10月15日，我国航天员 踏入太空。
7.9 km/s
11.2 km/s
16.7 km/s
前苏联
月球
杨利伟
[重点诠释]
对宇宙速度的理解
宇宙速度是满足地球上不同要求的卫星的发射速度，不能理解成卫星的运行速度。
(1)第一宇宙速度：指人造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，v＝7.9 km/s。
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v ，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：
(2)第二宇宙速度：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他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v＝11.2 km/s。
(3)第三宇宙速度：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，其大小为v ＝16.7 km/s。
1．关于第一宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度
B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的绕行速度
C．它是能使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
解析：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大绕行速度，A错误；B、C正确；卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于第一宇宙速度，D错误。
答案：BC
1.人造卫星的轨道
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。
因此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成某一角度的圆轨道。如图6－5－2所示。
图6－5－2
2.如图6－5－3中的圆a、b、c，其圆心
均位 于地球的自转轴 线上，对卫星
环绕地球做匀速圆周运动而言，以下
说法正确的是 ( )
A．卫星的轨道可能为a
B．卫星的轨道可能为b
C．卫星的轨道可能为c
D．同步卫星的轨道只可能为b
图6－5－3
解析：由于物体做匀速圆周运动时，合力一定是指向圆心的，所以地球卫星的圆心应与地球球心重合，A错误、B、C正确。同步卫星的轨道必须在赤道上方，选项D正确。
答案：BCD
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。同步卫星有以下几个特点：
(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，即T＝24 h。
(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。
[特别提醒]
(1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同。
(2)所有国家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动且都相对静止。
答案：AC
[例1] 人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒钟大约自转一周(引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球半径R约为6.4×103 km)。
(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致于由于快速转动而被“甩”掉，它的密度至少为多少？
(2)假设某白矮星的密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？
[思路点拨] 只要保证赤道上的物体不被“甩”掉，其他地方的物体就不会被“甩”掉。
[答案] (1)1.41×1011 kg/m3 (2)4.02×107 m/s
1．宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体，
物体上升的最大高度为h。已知该星球的半径为R，且物体只受该星球引力的作用。
(1)求该星球表面的重力加速度。
(2)如果要在这个星球上发射一颗贴近它表面运行的卫星，求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期。
[例2] 已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：
(1)卫星的线速度；
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期。
[思路点拨] 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供；物体在地球表面所受的重力等于万有引力。
[借题发挥]
(1)在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出地球的质量M，会使问题解决起来更方便。
(2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提供了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态。
2．A、B为两颗地球卫星，已知它们的运动周期之比为
TA∶TB＝1∶8，则A、B两卫星的轨道半径之比和运动速率之比分别为 ( )
A．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2
B．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1
C．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2
D．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
答案：D
[例3] 发射地球同步卫星时，先将
卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，
使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，
将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相
切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图6－5－4所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 ( )
图6－5－4
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度
[答案] BD
[借题发挥]
由于受题干中两次“点火”的影响，认为燃料做功卫星动能增大，速度增大，而错选A，点火后速度增大，是相对点火前原轨道上该处的速度，点火后卫星轨道半径增大，势能增加，动能减少。
答案：AB
课时跟踪训练
应用创新演练
第 5
节
宇宙航行
理解教材新知
把握热点考向
考向一
考向二
随堂基础巩固
第
六章
万有引力与航天
考向三
知识点一
知识点二
知识点三
1.人造卫星环绕地球做匀速圆周运动， 所需向心力由地球对卫星的万有引力提供。
2．第一宇宙速度为7.9 km/s，其意义为最小 发射速度或最大环绕速度。
3．第二宇宙速度为11.2 km/s，其意义表示物体脱离地球的
束缚所需要的最小发射速度。
4．第三宇宙速度为16.7 km/s，其意义为物体脱离太阳引力
的束缚所需的最小发射速度。
1．人造地球卫星
(1)概念：如图6－5－1所示，当物体
的 足够大时，它将会围绕 旋转
而不再落回地面，成为一颗绕地球转动
的人造卫星。
(2)运动规律：一般情况下可认为人
造卫星绕地球做 运动。
(3)向心力来源：人造地球卫星的向心力由
提供。
初速度
地球
图6－5－1
匀速圆周
地球对它
的万有引力
[自学教材]
2．宇宙速度
(1)第一宇宙速度：v1＝ ，又称环绕速度。
(2)第二宇宙速度：v2＝ ，又称脱离速度。
(3)第三宇宙速度：v3＝ ，也叫逃逸速度。
3．梦想成真
1957年10月， 成功发射了第一颗人造卫星；
1969年7月，美国“阿波罗11号”登上 ；
2003年10月15日，我国航天员 踏入太空。
7.9 km/s
11.2 km/s
16.7 km/s
前苏联
月球
杨利伟
[重点诠释]
对宇宙速度的理解
宇宙速度是满足地球上不同要求的卫星的发射速度，不能理解成卫星的运行速度。
(1)第一宇宙速度：指人造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，v＝7.9 km/s。
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v ，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：
(2)第二宇宙速度：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他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v＝11.2 km/s。
(3)第三宇宙速度：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，其大小为v ＝16.7 km/s。
1．关于第一宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度
B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的绕行速度
C．它是能使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
解析：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大绕行速度，A错误；B、C正确；卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于第一宇宙速度，D错误。
答案：BC
1.人造卫星的轨道
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。
因此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成某一角度的圆轨道。如图6－5－2所示。
图6－5－2
2.如图6－5－3中的圆a、b、c，其圆心
均位 于地球的自转轴 线上，对卫星
环绕地球做匀速圆周运动而言，以下
说法正确的是 ( )
A．卫星的轨道可能为a
B．卫星的轨道可能为b
C．卫星的轨道可能为c
D．同步卫星的轨道只可能为b
图6－5－3
解析：由于物体做匀速圆周运动时，合力一定是指向圆心的，所以地球卫星的圆心应与地球球心重合，A错误、B、C正确。同步卫星的轨道必须在赤道上方，选项D正确。
答案：BCD
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。同步卫星有以下几个特点：
(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，即T＝24 h。
(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。
[特别提醒]
(1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同。
(2)所有国家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动且都相对静止。
答案：AC
[例1] 人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒钟大约自转一周(引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球半径R约为6.4×103 km)。
(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致于由于快速转动而被“甩”掉，它的密度至少为多少？
(2)假设某白矮星的密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？
[思路点拨] 只要保证赤道上的物体不被“甩”掉，其他地方的物体就不会被“甩”掉。
[答案] (1)1.41×1011 kg/m3 (2)4.02×107 m/s
1．宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体，
物体上升的最大高度为h。已知该星球的半径为R，且物体只受该星球引力的作用。
(1)求该星球表面的重力加速度。
(2)如果要在这个星球上发射一颗贴近它表面运行的卫星，求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期。
[例2] 已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：
(1)卫星的线速度；
(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期。
[思路点拨] 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供；物体在地球表面所受的重力等于万有引力。
[借题发挥]
(1)在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出地球的质量M，会使问题解决起来更方便。
(2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提供了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态。
2．A、B为两颗地球卫星，已知它们的运动周期之比为
TA∶TB＝1∶8，则A、B两卫星的轨道半径之比和运动速率之比分别为 ( )
A．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2
B．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1
C．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2
D．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
答案：D
[例3] 发射地球同步卫星时，先将
卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，
使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，
将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相
切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图6－5－4所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 ( )
图6－5－4
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度
[答案] BD
[借题发挥]
由于受题干中两次“点火”的影响，认为燃料做功卫星动能增大，速度增大，而错选A，点火后速度增大，是相对点火前原轨道上该处的速度，点火后卫星轨道半径增大，势能增加，动能减少。
答案：AB