1、课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 第5节 宇宙航行 学习目标1会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2认识同步卫星的特点。3了解我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 一、人造地球卫星与宇宙速度 1牛顿的设想 如 图 6 5 1 所 示，当 物 体 的_足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的_。课前预习落实基础 图651初速度人造地球卫星课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考
2、点课下作业能力提升物理必修2 2原理一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做运动，向心力由地球对它的提供，即 GMmr2，则卫星在轨道上运行的线速度 vGMr。匀速圆周万有引力mv2r课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 3宇宙速度数值意义第一宇宙速度km/s卫星在地球表面附近绕地球做的速度第二宇宙速度km/s使卫星挣脱引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度km/s使卫星挣脱引力束缚的地面发射速度匀速圆周运动地球太阳最小7.911.216.7课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 二、梦想成真
3、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。苏联月球杨利伟课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 自主思考判一判 1(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s。()(2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2km/sv16.7 km/s。()(3)要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s。()(4)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。()课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突
4、破考点课下作业能力提升物理必修2 1第一宇宙速度(环绕速度)：是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，也是人造地球卫星的最小发射速度，v7.9 km/s。2第二宇宙速度(脱离速度)：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11.2 km/s。课堂互动突破考点 考点一 对三个宇宙速度的理解课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 3第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其
5、大小为16.7km/s。4第一宇宙速度的推导：设地球的质量为M5.981024 kg，近地卫星的轨道半径等于地球半径R6.4106 m，重力加速度g9.8 m/s2。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 方法一：万有引力提供向心力由 GMmR2 mv2R得 vGMR 7.9 km/s。方法二：重力提供向心力由 mgmv2R得 v gR7.9 km/s。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，求该星
6、球上的第一宇宙速度。例1自主解答 根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为 g2vt，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)提供做圆周运动的向心力，则 mgmv21R，该 星 球 表 面 的 第 一 宇 宙 速 度 为 v1 gR 2vRt。答案 2vRt课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 点拨提升 天体环绕速度的计算方法对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的
7、思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 1如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。2如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 1(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是A第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B
8、美国发射的凤凰号火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度变式训练课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 C第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 解析 根据 vGMr 可知，卫星的轨道半径 r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v17.9 km/s 是人造地球卫星地球做圆周运动的最大运行速度，选项 D 正确；实际上，由于
9、人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A错误；美国发射的凤凰号火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射速度，选项C正确。答案 CD课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 2已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为A3.5 k
10、m/s B5.0 km/sC17.7 km/sD35.2 km/s课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 解析 根据题设条件可知：M 地10 M 火，R2R 火，由万有引力提供向心力GMmR2 mv2R，可得vGMR，即v火v地M火R地M地R火15，因此地球的第一宇宙速度为 v 地7.9 km/s，所以航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率 v火3.5 km/s，选项 A 正确。答案 A课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 1人造地球卫星的轨道(1)椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点
11、上。(2)圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。考点二 人造地球卫星课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2(3)卫星的三种轨道：地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图652所示。图652课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 2人造地球卫星的线速度v、角速
12、度、周期T、加速度a与轨道半径r的关系如下：项目推导式关系式结论v 与 r的关系GMmr2 mv2rvGMrr 越大，v 越小 与 r的关系GMmr2 mr2 GMr3r 越大，越小T 与 r的关系GMmr2 mr2T2T2r3GMr 越大，T 越大a 与 r的关系GMmr2 maaGMr2r 越大，a 越小课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小。3地球同步卫星(1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单
13、课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2(2)六个“一定”。同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T24 h。同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 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。同步卫星的高度固定不变。由GMmr2mr2T2知 r3 GMT24 2。由于 T 一定，故 r 一定，而 rRh，h 为同步卫星离地面的高度，h3 GMT24 2 R。又因 GMgR2，代入数据 T24 h86 400 s，g 取 9.8 m/s2
14、，R6.38106 m，得 h3.6104 km。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 同步卫星的环绕速度大小一定：设其运行速度为 v，由于 GMm（Rh）2m v2Rh，所以 vGMRhgR2Rh9.8（6.38106）26.381063.6107 m/s3.1103 m/s。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 1(2018江苏)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km
15、，它们都绕地球做圆周运动。与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是 A周期 B角速度 C线速度D向心加速度 题组通关课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 解析 由万有引力定律有 GMmR2 mR2m42T2Rmv2Rma，可知 T2 R3GM，GMR3，vGMR，aGMR2，又由题意可知，“高分四号”的轨道半径 R1 大于“高分五号”的轨道半径 R2，故可知“高分五号”的周期较小，选项 A 正确。答案 A课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 2同步卫星是指相对于地面不动的人造
16、地球卫星，则 A它可以在地面上任一点的正上方，且离地面的高度可按需要选择不同的值 B它可以在地面上任一点的正上方，但离地面的高度是一定的 C它只能在赤道的正上方，但离地面的高度可按需要选择不同的值 D它只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的 课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 解析 同步卫星只能在赤道的正上方，且离地面的高度是一定的，大约为地球半径的5.6倍，可以粗略记为6倍。答案 D 课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2(多选)如图653所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为
17、v1，向心加速度为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，则下列比值正确的是 考点三 赤道物体、同步卫星和近地卫星转动的比较例2课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 图 653A.a1a2rR B.a1a2(Rr)2C.v1v2rRD.v1v2Rr课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 自主解答 地球同步卫星：轨道半径为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体：轨道半径为R，随地球自转的向心加速度为a2；以第一宇宙速度运行的卫星为近地
18、卫星，其轨道半径为R。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力，则 GMmr2 mv2r，故v1v2Rr。对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同特点是角速度相等，则 a2r，故a1a2rR。答案 AD课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 规律总结同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较1相同点(1)都以地心为圆心做匀速圆周运动。(2)同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期和角速度。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能
19、力提升物理必修2 2不同点(1)同步卫星、近地卫星均由万有引力提供向心力；而赤道上的物体是万有引力的一个分力提供向心力。(2)三者的向心加速度各不相同。近地卫星的向心加速度 aGMR2，同步卫星的向心加速度可用 aGMr2或 ar2 求解，而赤道上物体的向心加速度只可用 aR2 求解。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2(3)三者的线速度大小也各不相同。近地卫星 vGMR gR，同步卫星 vGMr r，而赤道上的物体 vR。课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 3(多选)关于近地卫星、同
20、步卫星、赤道上的物体，以下说法正确的是A都有万有引力等于向心力B赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等C赤道上的物体和近地卫星的轨道半径相同但线速度、周期不同D同步卫星的周期大于近地卫星的周期变式训练课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 解析 赤道上的物体是由万有引力的一个分力提供向心力，A 项错误；赤道上的物体和同步卫星有相同周期和角速度，但线速度不同，B 项错误；同步卫星和近地卫星有相同的中心天体，根据GMmr2mv2r m42T2 r 得 vGMr，T课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 2r3GM，由于 r 同r 近，故 v 同v 近，T 同T近，D 项正确；赤道上物体、近地卫星、同步卫星三者间的周期关系为 T 赤T 同T 近，根据 vr 可知 v 赤v 同，则速度关系为 v 赤v 同v近，故 C 项正确。答案 CD课前预习落实基础第六章 万有引力与航天 菜 单 课堂互动突破考点课下作业能力提升物理必修2 本讲结束请按ESC键返回课下作业能力提升
