上海科教版高中物理必修2课件 飞出地球去 课件2

v＝ GM
R
M＝V＝4 πR3
v＝r
4πG
3
3
6.0 104 km / s
123
2．(人造卫星运动的规律)人造卫星环绕地 球运行的速率v ＝ gR，2 其中g为地面处的 v =
r
gR2 r
重力加速度，R为地球半径，r为卫星离地
球中心的距离．下列说法正确的是( A )
g、R均为定值
v与 r 成反比
知识储备区
一、1．质量m1和m2的乘积 距离r的二次方
二、1．球体 球体的半径 卫星围绕天体做圆周运动的圆
的半径 大于等于 2．天体绕自身轴线运动一周所用的时间
卫星绕中心天体
做圆周运动一周所用的时间 不相等
学习探究区
一、分析天体运动问题的思路 二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较 三、人造卫星的变轨问题 四、双星问题
二、人造地球卫星的运动特点
问题设计 如图所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上．b、 c的圆心与地心重合，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据 此思考并讨论以下问题： 万有引力提供向心力 (1)三条轨道中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？
答案 b、c轨道都可以，a轨道不可以．
地心为圆心
万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运
(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的 最小发射速
度,绕地球做匀速圆周运动的最大 运行速度．
要点提炼
宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度
2．第一宇宙速度vⅡ＝ 11.2 km/s，是从地面上发射物体并使之 脱离 地球 束缚的 最小 发射速度，又称脱离速度．
3．第一宇宙速度vⅢ＝ 16.7 km/s，是从地面上发射物体并使之 脱离 太阳 束缚的 最小 发射速度，又称逃逸速度．
杨利伟 火星
学习探究区
一、三个宇宙速度 二、人造地球卫星的运动特点 三、同步卫星
一、宇宙速度
问题设计 牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图所示， 从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足 够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球 卫星．据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？ 当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？
g＝
GM R2
，从而把万有引力定律与运动学公式
结合解题．
②黄金代换式GM＝gR2.
一、分析天体运动问题的思路
例1 地球半径为R0，地面重力加速度
为g，若卫星在距地面R0处做匀速圆周
r=2R0
运动，则(AB)
A．卫星速度为 2R0g
2
B．卫星的角速度为 g
8 R0
C．卫星的加速度为
r
可得v、ω、T与半径r的关系．
一、分析天体运动问题的思路
解决天体运动问题的基本思路 行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心
天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：
1.
GMm r2

m
v2 r

m2r

m
4π2 T2
r
万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力，可得v、ω、T与
A．0.4 km/s B．1.8 km/s
C．11 km/s D. 36 km/s
v GM r
M月＝ 1 M地 81 r月 ＝ 1 r地 4
v月 2 v1 9 v月 1.8 km/s
典例精析 一、宇宙速度的理解
例2 某人在一星球上以速率v竖直 思路分析 近地卫星的速度
上抛一物体，经时间t后，物体以 星球对卫星的引力(重力)提供向心力

m(R

h)(
2π T
)2
h

3
GMT 2 4π2
R
代入数据得： h＝3.6×107 m
要点提炼
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，T＝24 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3.1×103 m/s.
动的向心力必须指向地心，因此b、c轨道都可以。
二、人造地球卫星的运动特点
问题设计 如图所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上．b、 c的圆心与地心重合，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据 此思考并讨论以下问题： 万有引力提供向心力 (2)卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力定律和
向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨
R＝r
答案
G
Mm r2
=
m v2 解得
r
v=
GM r
= GM = 7.9 km/s R
万有引力提供向心力, 物体做匀速圆周运动
要点提炼
宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度
1．第一宇宙速度vⅠ＝7.9 km/s
(1)推导
方法一：由 GMm =m v2 得 v= GM
R2
R
R
方法二：由 mg=m v2 得 v= gR R
A．从公式可见，环绕速度与轨道半径的
发射速度变大
平方根成反比 B．从公式可见，把人造卫星发射到越远
重力势能 转化 动能
的地方越容易
C．由第一宇宙速度公式v＝ gR知卫星轨 R为地球半径，而非轨道半径
道半径越大，其运行速度越大
D．以上答案都不对
123
3．(人造卫星运动的规律)如图所示，
在同一轨道平面上的几个人造地球
例4 我国“中星11号”商业通信卫星是一
颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤 T T自转 24h
道上空，关于这颗卫星的说法正确的是
(BC )
近地卫星的速度
A．运行速度大于7.9 km/s
B．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
G
Mm r2
=
=
GM r3
m v2 = m2r=m(
一、分析天体运动问题的思路
解决天体运动问题的基本思路 行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心
天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：
G
Mm r2

ma
式中a是向心加速度
万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力：
G
Mm r2

m
v2 r
=m2r

m
4π2 T2
G(1Mr)2am＝＝GmrM2a＝，mr越vr2大＝，maω越2r＝小m．4T22r
(2)v＝
GM r
，r越大，v越 小
．
(3)ω＝ GM ，r越大，ω越 小 ．
r3
(4)T＝ 2
r3
，r越大，T越 大 ．
GM
三、同步卫星
问题设计
同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，
和地球自转具有相同的周期，即T＝24 h．
b的质量相等，且小于c的质量，则(ABD)
A．b所需向心力最小 B．b、c的周期相等且大于a的周期 C．b、c的向心加速度大小相等，且大于
a的向心加速度 D．b、c的线速度大小相等，且小于a的
F向
G G
Mm = G r2
Fb＜Fa Fb＜Fc
r3 T2
=
k
Tb = Ta＞Tc
Mm r2
=
ma
M a = G r2 aa＞ab＝ac
第三宇宙速度 vⅢ＝16.7 km/s
球 去 人造卫星：向心加速度、线速度、角速度、周期随
轨道半径的变化规律
同步卫星：五个一定(线速度、角速度、周期、离地 高度、轨道平面一定)
自我检测区
123
123
1． (对宇宙速度的理解)恒星演化发展 中子星上的第一宇宙速度即为 到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏 它表面的环绕速度
同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，
和地球自转具有相同的周期，即T＝24 h．
已知地球的质量M＝6×1024 kg，地球半径R
＝6 400 km，引力常量G＝6.67×10－11
N·m2/kg2.请根据以上信息以及所学知识探究：
(2)同步卫星的离地高度h. 找找哪一颗
是同步卫星
答案
G
(
Mm Rh)2
答案 当抛出速度较小时，物体做平抛运动．
当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动．
一、宇宙速度
问题设计 (2)若地球的质量为M，物体到地心的距离为r，引力常 量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度． 若物体紧贴地面飞行，其速度大小为多少？(已知地球 半径R＝6 400 km，地球质量M＝5.98×1024 kg)
卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运
动，某一时刻它们恰好在同一直线
C 上，下列说法中正确的是( )
A．根据v＝ gr 可知，运行速度满
足vA＞vB＞vC B．运转角速度满足ωA＞ωB＞ωC
C．向心加速度满足aA＜aB＜aC
D．运动一周后，A最先回到图示位
置
G
Mm r2
=
m v2 ? r
v
GM Þ r
半径r的关系．
一、分析天体运动问题的思路
解决天体运动问题的基本思路 行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心
天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：
2.忽略自转mg＝ GMm，即物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．
R2
此式两个用途：
①求星体表面的重力加速度
已知地球的质量M＝6×1024 kg，地球半径
R＝6 400 km，引力常量G＝6.67×
10－11 N·m2/kg2.请根据以上信息以及所学知
识探究：
找找哪一颗
是同步卫星
(1)同步卫星所处的轨道平面．
答案 只有在赤道上方，相对地球静止
的卫星，才是同步卫星．
三、同步卫星
问题设计 万有引力提供向心力
Mm r2
=
m v2Þ r
v=
GM r
线速度
Þ vb =vc＜va
典例精析 三、对同步卫星规律的理解及应用
例4 我国“中星11号”商业通信卫星是一
颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤 T T自转 24 h
道上空，关于这颗卫星的说法正确的是
()
近地卫星的速度
A．运行速度大于7.9 km/s
儒”——中子星．中子星的半径较小，
一般在7～20 km，但它的密度大得惊 r R 建 模 ：
人．若某中子星的半径为10 km，密度 为1.2×1017 kg/m3，那么该中子星上的
GMm R2

m
v2 R
第一宇宙速度约为( D )
A．6.0 km/s
B．3.0×102 km/s
C．3.0×103 km/s D．6.0×104 km/s
r r月＞r同 同＞月
2π T
)2
r
运行的角速度大 D．向心加速度与静止在赤道上物体的
a = 2r r同＞R a同＞a
向心加速度大小相等
课堂要点小结
三 种 宇 飞宙 出速 地度
第一 宇宙 速度
最小发射速度（最大环绕速度） vⅠ＝7.9 km/s 求法：地面附近，万有引力提供向心力
第二宇宙速度 vⅡ＝11.2 km/s
道半径的关系． 答案 GMm =m v2 =m2r m 4πLeabharlann rr2rT2
所以
v=
GM r
，=
GM r3
，T 2π r3 GM
地心为圆心
要点提炼
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：
B．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
G
Mm r2
=
m v2 r
=
m2r=m( 2π )2 r
T
v= GM r＞R v＜7.9 km / s
r
r=
GMT 2
3
4π2
T一定，r一定
向心加速度大小相等
典例精析 三、对同步卫星规律的理解及应用
第5章 万有引力与航天
5.4 飞出地球去（一）
学习目标定位
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度. 了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角
速度、周期与轨道半径的关系． 了解我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情.
知识储备区
一、1．7.9 km/s 2．11.2km/s 3. 16.7km/s 二、 前苏联 美国 阿姆斯特朗 “东方红”1号
典例精析 一、宇宙速度的理解
例1 我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
G
Mm r2

mv2 t
形的，且贴近月球表面．已知月球的质 量为约地为球地半球径质的量14的，8地11，球月上球的的第半一径宇约宙 速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月
运行的速率约为( B )
v A＜vB＜vC
= v=
r
GM Þ r3
A＜B＜C
G
Mm r2
=
ma
?
T = 2π = 2

a r3
G
M r2
Þ
a A＜a B＜aC
GM Þ TA＞TB＞TC
5.4 飞出地球去（二）
学习目标定位
掌握解决天体运动问题的思路和方法. 理解赤道物体、同步卫星和近地卫星的区别． 会分析卫星(或飞船)的变轨问题. 掌握双星的运动特点及其问题的分析方法.
速率v落回手中．已知该星球的半 解析 据匀变速的规律，该星球表面
径为R，求该星球上的第一宇宙速 度的大小．
的重力加速度
g＝ 2v
由牛顿第二定律:
mg
t
mv2
R
星球的第一宇宙速度:
v1
gR
2vR t
典例精析
二、人造卫星的运动规律
例3 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