1、52万有引力定律的应用学案5【学习目标】1、了解人造卫星的有关知识2、.通过讲解与举例,让学生掌握第一宇宙速度的推导. 了解第二、第三宇宙速度的意义【学习重点】第一宇宙速度的推导【知识要点】一.牛顿的人造卫星设想: 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体, 它只受到重力的作用,那么它将做自由落体运动.如果物体在空中具有一定的初速度, 且初速的方向与重力方向垂直,那么它将做平抛运动.牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了. 二.宇宙速度: 第一宇
2、宙速度: 提问:当物体一速度达到多大时,物体在重力作用下, 不会落到地面上来,而围绕地球作圆周运动,成为人造地球卫星呢? 答:由于人造地球卫星在空中运行时,仅受到地球对它的万有引力作用,这时,它就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力,即: GMm/r2=mV2/r V=（GM/r）1/2 从上式可见,r越大,即卫星离地面越高, 它环绕地球运动的速度V越小.对于靠近地面运行的卫星,可以认为r近似等于地球的半径R地, 地球对物体的引力,近似等于卫星的重力mg,则有:V=（gR）1/2 地 将g=0.0098km/s2和R地 =6400km代入上式有: V=7.9km/s这就是人造地球卫星在地面附近环
3、绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫环绕速度.说明：是最小的发射速度，最大的环绕速度所有轨道的圆心都在地心上 第二宇宙速度: 如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球运行的轨迹就不是圆而是椭圆了.当卫星的速度等于或大于11.2km/s的速度时,卫星就可以挣脱地球的引力的束缚,成为绕太阳运动的人造行星,或飞到其它行星上去.所以11.2km/s这个速度叫做第二宇宙速度.也叫脱离速度 说明：是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度 第三宇宙速度:达到第二宇宙速度的卫星还受到太阳的束缚, 要想挣脱太阳的束缚,飞到太阳系以外的空间,速度必须大于1
4、6.7km/s, 这个速度叫做第三宇宙速度.也叫逃逸速度是挣脱太阳束缚的最小发射速度。 （4）.人造卫星中的的超重和失重: 人造卫星中的人和物体都处于完全失重状态.（5）.人造卫星的应用:三测未知天体【典型例题】1如图1所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C，在某一时刻恰好在同一直线上，下列正确说法有（ ）1A根据，可知VAVBVCB根据万有引力定律，FAFBFCC向心加速度aAaBaCD运动一周后，A先回到原地点答案CD2关于绕地球运转的近地卫星和同步卫星，下列说法中正确的是 ( ) A近地卫星可以通过北京地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动 B近地卫星可以在与地球赤道平面有一
5、定倾角且经过北京上空的平面上运行 C. 近地卫星或地球同步卫星上的物体，因“完全失重”，其重力加速度为零 D地球同步卫星可以在地球赤道平面上的不同高度运行答案：B 【达标训练】1.可以发射这样一颗人造地球卫星，使其圆轨道 （ ）A与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆B与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的2同步通信卫星相对于地面静止不动，犹如悬在高空中，下列说法中错误的是（ ）A. 各国的同步通信卫星都在同一圆周上运行 B. 同步通信卫星的速率是唯一的C.
6、同步通信卫星处于平衡状态 D. 同步通信卫星加速度大小是唯一的3. 对于人造地球卫星，可以判断（ ）A根据，环绕速度随R的增大而增大B根据，当R增大到原来的两倍时，卫星的角速度减小为原来的一半C根据，当R增大到原来的两倍时，卫星需要的向心力减小为原来的D根据，当R增大到原来的两倍时，卫星需要的向心力减小为原来的4地球上有两位相距非常远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（ ）A一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等B一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍C两人都
7、在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等D两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍5火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，他们的轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比（ ）A火卫一距火星表面较近 B火卫二的角速度较大C火卫一的运动速度较大 D火卫二的加向心速度较大6关于人造卫星，下列说法中可能的是（ ）A人造卫星环绕地球运行的速率是7.9 km/sB人造卫星环绕地球运行的速率是5.0 km/s C人造卫星环绕地球运行的周期是80 min D人造卫星环绕地球运行的周期是200 min7关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫
8、星的说法正确的是（ ）A若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B它能用于我国的电视广播是因为它在北京上空运行 C它的运行速率比第一宇宙速度大D它运行的角速度与地球自转的角速度相同8. 启动卫星的发动机使其速度加大，待它运动到距离地面的高度比原来大的位置，再定位使它绕地球做匀速圆周运动成为另一轨道的卫星，该卫星后一轨道与前一轨道相比（ ）A速率增大 B周期减小 C万有引力减小 D加速度增大9. 2004年，我国和欧盟合作正式启动伽利略卫星导航定位系统计划，这将结束美国全球卫星定位系统（GPS）一统天下的局面。据悉，“伽利略”卫星定位系统将由30颗轨道卫星组成，卫星的轨道高度为2.4104 km，倾角为56，分布在3个轨道面上，每个轨道面部署9颗工作卫星和1颗在轨备份卫星，当某颗工作卫星出现故障时可及时顶替工作。若某颗替补卫星处在略低于工作卫星的轨道上，则这颗卫星的周期和速度与工作卫星相比较，以下说法中正确的是（ ）A替补卫星的周期大于工作卫星的周期，速度大于工作卫星的速度B替补卫星的周期大于工作卫星的周期，速度小于工作卫星的速度C替补卫星的周期小于工作卫星的周期，速度大于工作卫星的速度D替补卫星的周期小于工作卫星的周期，速度小于工作卫星的速度答案1CD 2C 3C 4C 5AC 6ABD 7D 8C 9C 【反思】收获疑问
