高中物理万有引力定律人造卫星宇宙速度课件教科版

(3)轨道一定． ①因提供向心力的万有引力指向圆心，所有同步卫星的轨道必在赤道平面 内．
3 ②由于所有同步卫星的周期相同，由r＝
GMT2 4π2
知，所有同步卫星的轨道半
径都相同，即在同一轨道上运动，其确定的高度约为3.6×104 km.
(4)运行速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，
的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D错误． 【答案】 B
3．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆
周运动，则变轨后与变轨前相比( )
A．轨道半径变小
B．向心加速度变小
C．线速度变小
D．角速度变小
【解析】
探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G
图3-4-1
探讨1：卫星定轨高度越高，速度越大还是越小？ 【提示】 卫星轨道越高，速度越小． 探讨2：如何比较两颗卫星的周期大小和角速度大小？ 【提示】 卫星的轨道半径越大，周期越大，角速度越小．
1．解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作
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，
Mm r2
2．宇宙速度 (1)第一宇宙速度v1 ①大小：v1＝ 7.9 km/s . ②意义：从地球表面发射的人造地球卫星，使它能围绕地球运行所需的 最小发射速度．
(2)第二宇宙速度v2 ①大小：v2＝ 11.2 km/s . ②意义：如果要使人造卫星脱离地球的引力，不再绕地球运行，从地面发射 所需的 最小发射速度．
4．地球同步卫星及特点：同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的 卫星，因此可用来作为通讯卫星．同步卫星有以下几个特点：
(1)周期一定：同步卫星在赤道正上方相对地球静止，它绕地球的运动与地球 自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T＝24 h.
(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．
【解析】 同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，
由ω＝
GM r3
和h＝r－R知卫星高度确定．由v＝ωr知速率也确定，A正确，B错
误；由T＝2π
r3 GM
知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；
由v＝ GrM知同步通信卫星比第一颗人造地球卫星速率小，D正确．故选B.
【答案】 B
都是3.08 km/s，运行方向与地球自转方向相同．
1．下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是( ) A．各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的 B．同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增 加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步 C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期 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 D．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
3．四个重要结论：设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r 的匀速圆周运动．
(1)由GMr2m＝mvr2得v＝ GrM，r越大，天体的v越小． (2)由GMr2m＝mω2r得ω＝ GrM3 ，r越大，天体的ω越小． (3)由GMr2m＝m2Tπ2r得T＝2π GrM2 ，r越大，天体的T越大． (4)由GMr2m＝man得an＝GrM2 ，r越大，天体的an越小． 以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”．
2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( ) 【导学号：67120053】
A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度 B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度 C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度 D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的
【解析】 第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的
学
知 识 点
4．人造卫星 宇宙速度
业 分 层
测
评
学习目标
1.知道三个宇宙速度的含义，会推 导第一宇宙速度． 2．理解掌握人造卫星的线速度、 角速度、周期与轨道半径的关系． 3．了解人造卫星的相关知识及我 国卫星发射的情况，激发学生的爱 国热情.
知识脉络
人造卫星与 宇宙速度
[先填空] 1．人造卫星 卫星是太空中绕 行星运动的物体．将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨 道的国家是 前苏联 ．
③在地面发射能够绕地球运行的人造卫星，发射速度v应满足 7.9 km/s≤v<11.2 km/s .
(3)第三宇宙速度v3 ①大小：v3＝ 16.7 km/s . ②意义：使人造卫星脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地面发射所需的 最小发射速度 ． [再判断] 1．第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度．( √ ) 2．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度．( ×) 3．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度．( × )
所以研究天体时可建立基本关系式：G
Mm R2
＝ma，式中a是向心加速
度．
2．常用的关系式：
(1)G
Mm r2
＝m
v2 r
＝mω2r＝m
4π2 T2
r，万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运
动的向心力．
(2)mg＝G
Mm百度文库R2
即gR2＝GM，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重
力．该公式通常被称为黄金代换式．
[后思考] 若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？
【提示】 火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的 束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s＜v ＜16.7 km/s.
[合作探讨] 2014年3月31日“长征二号丙”运载卫星发射“实践十一号06星”成功； 2014年8月9日，“长征四号丙”发射“遥感卫星二十号”成功(如图3-4-1所 示)．若两颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，请思考：
线速度．卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由G
Mm R＋h2
＝
m
v2 R＋h
可得v＝
GM R＋h
.可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近
地球表面飞行的卫星(h的值可忽略)的线速度最大，故选项B正确；地球同步卫星
在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C错误；行星