【成才之路】2014-2015学年高中物理 第6章 第5节宇宙航行课件 新人教版必修2

第六章
第五节
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重点难点突破
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一、宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度)
2 v Mm 1 (1)大小：由 G 2 ＝m r 得：v1＝ r
GM r ＝7.9km/s
答案：B
解析：根据同步卫星的特点知B正确，C、D错误。同步卫 星在万有引力作用下，绕地心作圆周运动，不是处于平衡状 态，A错误。
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四、卫星中的超重与失重 1 ． 超重： 发射时加速上升过程；返回大气层时减速降低 过程。 2 ． 失重： 卫星进入轨道后，卫星本身和其中的人、物都 处于完全失重状态。
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路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
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第六章
万有引力与航天
1.1.1 集合的概念
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万有引力与航天
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第六章
第五节 宇宙航行
1.1.1 集合的概念
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(3)轨道一定：所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫 星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高 度约为3.59×104km。 (4)环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度 的大小是一定的，约为3.08km/s。
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解析：卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道 平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球对卫 星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以，地心必 须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是 b。 同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星可能的轨道为
v2 1 或由 mg＝m R 得：v1＝ gR＝7.9km/s。 (2)物理意义：第一宇宙速度也叫做地面附近的环绕速度， 是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度；也是 人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度；也可理解 为紧贴地面的运行速度。
第六章 第五节
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它们都在同一轨道上运动Fra Baidu bibliotek都相对静止。
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同步地球卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中，下
列说法正确的是( )
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A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星的速率是唯一的 C ．不同卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上 方，它们以第一宇宙速度运行 D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播
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(原创题)“天宫一号”目标飞行器在距地面355km的轨道 上做圆周运动，其飞行速率( )
A．大于7.9km/s C．小于7.9km/s 答案：C
B．介于7.9～11.2km/s之间 D．一定等于7.9km/s
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二、人造地球卫星 1．卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨 道。 (2) 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦 点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。
(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引
“飘浮起来”。
(2)翟志刚和太空舱处于同一卫星轨道上，具有相同的环绕 速度，所以翟志刚不必担心会被太空舱“抛弃”。
课堂情景切入
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万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题， 也为人们开辟了“上天”的理论之路。 1957年 10 月 4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗 人造地球卫星 ——“旅行者 1 号”，人类开始迈入航天时代。 2008年9月25日，“神舟七号”飞船成功发射升空，9月27日下
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知识自主梳理
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人造地球卫星 1.牛顿的设想 初速度 足够大 如图所示，当物体的 _________ 时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球 人造地球 表面，成为一颗绕地球转动的 __________ 卫星 。 ________
GM r 。
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宇宙速度 数值 第一宇 宙速度 第二宇 宙速度 第三宇 宙速度 7.9 ____km/s _____km/s 11.2 ____km/s 16.7 意义 卫星在地球表面附近绕地球做 匀速圆周运动 的速度 _______________ 地球 引力束缚的最小 使卫星挣脱_______
午，翟志刚出舱进入太空行走。 2013 年 12 月 4 日，“嫦娥三
号”在月球成功实现软着陆，中华民族古老的“奔月”梦想成 为现实。
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你是否考虑过物体以多大的速度环绕地球运动才能不再落 回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？
3． 卫星中失效的物理仪器： 凡工作条件或原理与重力有
关的仪器都不能使用。
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2008年9月25日，“神舟”七号飞船在酒泉卫星发射中心
发射升空，9月27日16时44分左右，翟志刚成功出舱并挥动手 中的五星红旗向全国人民问好，如图所示。
2．第二宇宙速度(脱离速度) (1)大小：v2＝11.2km/s (2)物理意义：卫星脱离地球引力的束缚，成为绕太阳运动 的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。 3．第三宇宙速度(逃逸速度)
(1)大小：v3＝16.7km/s
(2)物理意义：卫星脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外 的宇宙空间所必需的最小发射速度。
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如图所示的三个人造地球卫星，下列说法正确的是(
①卫星可能的轨道为a、b、c ②卫星可能的轨道为a、c ③同步卫星可能的轨道为a、c ④同步卫星可能的轨道为a
)
A．①③是对的
C．②③是对的 答案：B
B．②④是对的
D．①④是对的
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 以地心必须是卫星圆轨道的圆心。
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(4)三类人造地球卫星轨道： A．赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处 于赤道上方； B．极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过 两极上空； C．一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。
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特别提醒：
(1)第一宇宙速度是最大环绕速度，也是最小发射速度。
(2) 当 在 地 面 上 以 7.9km/s<v<11.2km/s 的 速 度 发 射 卫 星 时，该卫星的轨道是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上。 (3)三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的 最小发射速度。
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(1)翟志刚出舱后会“飘浮起来”，此时他是否还受万有引 力作用？解释现象产生的原因。 (2)翟志刚是否担心会被太空舱“抛弃”？说明原因。 答案：(1)翟志刚仍受万有引力作用，只不过万有引力充当 了其做圆周运动的向心力，翟志刚处于完全失重状态，故会
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特别提醒：
不管卫星沿一个什么样的轨道运动，地心一定处于卫星
轨道所在的平面上。
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2．人造卫星问题的分析思路 (1)卫星的动力学规律
2 v2 Mm 4π r 2 由万有引力提供向心力 G 2 ＝ma 向＝m r ＝mω r＝m 2 r T
(5)向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相
同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为 0.23m/s2。
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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，
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* ** *
知道三个宇宙速度的涵义，会推导第一宇宙速度
能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫
星运动的有关问题 感知人类探索宇宙的梦想，培养献身科学的人生价
值观
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2．原理
匀速圆周 运 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做____________
Mm 万有引力 动，向心力由地球对它的______________提供，即 G 2 ＝ r
v2 mr __________，则卫星在轨道上运行的线速度 v＝
地面发射速度
使卫星挣脱_______ 太阳 引力束缚的 _______ 最小 地面发射速度
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梦想成真 前苏联 成功发射了第一颗人造卫星； 1957年10月__________ 月球 ； 1969年7月美国“阿波罗11号”登上________ 杨利伟 踏入太空。 2003年10月15日我国航天员__________ 翟志刚 太空行走； 2008年9月27日我国航天员__________ 王亚平 首次太空授课。 2013年6月20日我国航天员__________
a。综上所述，正确选项为B。
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三、地球同步卫星
1．概念
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，又叫通信卫星。
2．特点
(1) 周 期 一 定 ： 它 的 运 动 周 期 等 于 地 球 自 转 的 周 期 T ＝ 24h。 (2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自 转的角速度。
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万有引力与航天
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1
学习目标定位
2
课堂情景切入
5
考点题型设计
3
知识自主梳理
6
易错案例剖析
4
重点难点突破
7
课后强化作业
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学习目标定位
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(2)卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
2 v GM 1 m r →v＝ r →v∝ r GM 1 越 2 Mm 3 → ω∝ 3 高 mω r→ω＝ r G ＝ 2 r r 2 2 3 规 越 4π 4π r 3 r ＝ R ＋ h 地 m T2 r→T＝ GM →T∝ r 慢 律 GM 1 ma→a＝ 2 →a∝ 2 r r GMm 2 mg ＝ 2 近地时→GM＝gR地 R地