(新教材)【人教版】20版必修二7.4(物理).ppt

面做匀速圆周运动的线速度,满足关系
即
v=
,且由该式知,它是最大环绕速度;卫星发射得
越高,需要的发射速度越大,故第一宇宙速度等于最小
发射速度,选项B、C正确。
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任务2 第一宇宙速度的定量计算方法 1.根据星球表面的重力加速度可计算它的第一宇宙速 度,依据是mg=m 。 2.根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇 宙速度,依据是
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【典例示范1】 如图所示,有关人造地球卫星轨道的 正确说法有 ( ) A.a、b、c均可能是卫星轨道 B.卫星轨道只可能是a C.a、b均可能是卫星轨道 D.b可能是同步卫星的轨道
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【解析】选C。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆 心是地球的地心,所以凡是地球卫星,轨道面必定经过 地球中心,所以a、b均可能是卫星轨道,c不可能是卫星 轨道,故A、B错误,C正确;同步卫星的轨道必定在赤道 平面内,所以b不可能是同步卫星的轨道,故D错误。
11.2 km/s
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三、第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的 束缚,飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于 __________,这个速度叫作第三宇宙速度。
16.7 km/s
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一 第一宇宙速度的定性分析和定量计算 任务1 第一宇宙速度的定性分析 1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地 球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕 速度。
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4.“最大环绕速度”:在所有环绕地球做匀速圆周运动
的卫星中,近地卫星的轨道半径最小,由
可
得
轨道半径越小,线速度越大,所以在这些卫
星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速
度。
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【思考·讨论】
在100～200 km高度飞行的地球卫星,能说在地面附近
飞行吗?为什么? (科学思维) 提示:可以。因为100～200 km与地球半径6 400 km相 比,可以忽略。
=ω(R+h);
由于地球的引力提供向心力,让同步卫星做匀速圆周运
动,则有:
;解之得:v=
;当忽略地球自
转时,由黄金代换式:g= ,可得:v=R
,由于本题
没有说明是否忽略地球自转,故A、B正确,C、D错误。
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2.已知地球质量为M,自转周期为T,万有引力常量为G。 将地球视为半径为R、质量分布均匀的球体,不考虑空 气的影响。若把一质量为m的物体放在地球表面的不同 位置,由于地球自转,它对地面的压力会有所不同。 (1)若把物体放在北极的地表,求该物体对地表的压力 F1的大小;
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【素养训练】
1.(多选)地球的质量为M,半径为R,自转角速度为ω,万
有引力常量为G,地球表面的重力加速度为g,同步卫星
距地面的距离为h,则同步卫星的线速度大小为 ( )
A.ω(R+h)
B.
C.R
D.
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【解析】选A、B。同步卫星与地球同步做匀速圆周运
动,则由线速度定义可得:v=
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【典例示范1】 (多选)关于第一宇宙速度,以下叙述 正确的是 ( ) A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是人造卫星发射时的最大速度
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【解析】选B、C。第一宇宙速度是指卫星围绕天体表
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【典例示范2】 已知某星球的质量是地球的n倍,半径
是地球的k倍,地球的第一宇宙速度为v,则该星球的第
一宇宙速度为 ( )
A.v
B.v
C.v
D.nkv
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【解析】选A。对于地球:
;对于星球:
,解以上两式得: v1=v 。
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【素养训练】 1.(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地 球做匀速圆周运动的速度,则有 ( ) A.被发射的物体质量越大,第一宇宙速度越大 B.被发射的物体质量越小,第一宇宙速度越大 C.第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 D.第一宇宙速度与地球的质量有关
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F2′= 根据牛顿第三定律,该物体对地表的压力 F2=F2′= (3)物体刚好“飘起来”时,即F2=0, 则有:
解得T′=2π
答案: (1) (2)
(3)T′=2π
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【补偿训练】 将地球看作质量均匀分布的球体,在其上空有许多同步 卫星,下列说法中正确的是 ( ) A.它们的质量可能不同 B.它们的角速度可能不同 C.它们的向心加速度可能不同 D.它们离地心的距离可能不同
B.32 km/s D.2 km/s
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【解析】选A。由
因为行星的质
量M′是地球质量M的6倍,半径R′是地球半径R的1.5倍,
即M′=6M,R′=1.5R。由
得
v′=2v=2×8 km/s=16 km/s。
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【补偿训练】 已知地球自转的角速度为7.29×10-5 rad/s,月球到地 球中心的距离为3.84×108 m,在地球表面发射卫星的 第一宇宙速度为7.9×103 m/s,第二宇宙速度为11.2 ×103 m/s,第三宇宙速度为16.7×103 m/s,假设地球 上有一棵苹果树长到了接近月球那么高,则当苹果脱离 苹果树后,将 ( )
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任务2 地球同步卫星 1.地球同步卫星:位于地球赤道上方,相对于地面静止 不动,它的角速度跟地球的自转角速度相同,广泛应用 于通信,又叫同步通信卫星。
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2.地球同步卫星的特点:
项目
周期一定
角速度一 定 高度一定
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内容 与地球自转周期相同,即T=24 h= 86 400 s
=m ,由此解出:v=_______(m地为地球质量,r
为物体做圆周运动的半径)。
(2)数值:已____,这就是物体在地球附近做匀
速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度。
7.9 km/s
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二、第二宇宙速度 当飞行器的速度等于或大于__________时,它就会克服 地宇球宙的速引 度力 。,永远离开地球,我11们.2把k_m_/_s_______叫作第二
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A.落向地面 B.成为地球的同步“苹果卫星” C.成为地球的“苹果月亮” D.飞向茫茫宇宙
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【解析】选D。v=rω=3.84×108×7.29×10-5 m/s≈ 2.8×104 m/s>16.7×103 m/s,故苹果将飞向茫茫宇宙
。
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A.同步卫星距地面的高度是地球半径的(n-1)倍 B.同步卫星运行速度是第一宇宙速度的 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 D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的 (忽略地球的自转效应)
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【解析】选A、B。地球同步卫星的轨道半径是地球半 径的n倍,所以同步卫星距地面的高度是地球半径的(n1)倍,A正确。由万有引力提供向心力得
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【正确解答】选D。同步卫星的角速度与赤道上的物体
随地球自转的角速度相同,所以
选项A、B
错;对于同步卫星,
所以
对于
近地卫星,
所以
C错,D对。
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【课堂回眸】
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3.卫星的轨道:卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如 同步卫星),可以通过两极上空(极地轨道卫星),也可以 和赤道平面成任一角度,如图所示。
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【思考·讨论】 人造地球卫星按怎样的轨道运行,谁提供向心力? (
物理观念)
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提示:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球对 它的万有引力提供向心力,地球对卫星的万有引力指向 地心。
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【解析】选A。所谓地球同步卫星,是相对地面静止且 和地球有相同周期、角速度的卫星。同步卫星定位于 赤道的正上方,离地面的高度约为3.6×104 km。因此 所有同步卫星离地心的距离均相同,向心加速度也相同 。
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【拓展例题】考查内容:地球同步卫星与赤道上物体的 比较 【典例示范】同步卫星离地心的距离为r,运行速率为 v1,加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心 加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则( )
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二 人造地球卫星 任务1 人造地球卫星的轨道特点 1.卫星运动遵循的规律:卫星绕地球沿椭圆轨道运动时 ,地心在椭圆的一个焦点上,卫星的周期和半长轴的关 系遵循开普勒第三定律。
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2.卫星轨道的圆心:卫星绕地球沿圆轨道运动时,因为 地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心 力,而万有引力指向地心,所以地心必定是卫星圆轨道 的圆心。
第一宇宙速度v′= ,所以同步卫 星运行速度是第一宇宙速度的 ,B正确。同步卫星与 地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据v=rω知,同
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步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转的速 度的n倍,C错误。根据 =ma,得a= ,则同步卫 星的向心加速度是地球表面重力加速度的 ,D错误。
4.宇 宙 航 行
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一、第一宇宙速度 【思考】如图,把物体水平抛出,如果速度足够大,物体 就不再落到地面,它将绕地球运动,成为地球的人造卫 星,是什么力使物体绕地球运动?
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提示:地球与物体之间的万有引力。
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(1)物体绕地球速度推导:物体绕地球的运动可视作匀 速圆周运动,万有引力提供物体运动所需的向心力,有
与地球自转的角速度相同
卫星离地面高度h=r-R≈6R(为 恒量)
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项目
向心加速 度大小一 定
轨道平面 一定
内容 a=0.23 m/s2 轨道平面与赤道平面共面
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【典例示范2】 (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 ( )
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(2)若把物体放在赤道的地表,求该物体对地表的压力 F2的大小; (3)若把物体放在赤道的地表,请你展开想象的翅膀,假 想地球的自转不断加快,当该物体刚好“飘起来”时, 求此时地球的“一天”T′的表达式。
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【解析】(1)当物体放在北极的地表时,万有引力与支持 力相平衡,有:F1′= 根据牛顿第三定律,该物体对地表的压力 F1=F1′= (2)当物体放在赤道的地表时,万有引力与支持力的合力 提供向心力, 有:
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【解析】选C、D。第一宇宙速度v1=
,与地球质量
M有关,与发射物体质量无关。故选项C、D正确。
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2.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星的质量是 地球的6倍,半径是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速 度约为 ( )
A.16 km/s C.4 km/s
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2.决定因素:由第一宇宙速度的计算式v= 可以看 出,第一宇宙速度的值由中心天体决定,第一宇宙速度 的大小取决于中心天体的质量M和半径R,与卫星无关。 3.“最小发射速度”:如果发射速度低于第一宇宙速度, 因为受到地球引力作用,发射出去的卫星就会再回到地 球上,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。