高一物理人造卫星宇宙速度.pptx

返回返回返回返回 1.人造地球卫星绕地球做匀速圆人造地球卫星绕地球做匀速圆 周运动的向心力是由地球对卫周运动的向心力是由地球对卫 星的万有引力提供，其轨道的星的万有引力提供，其轨道的 圆心与地心重合。圆心与地心重合。2人造地球卫星在不同的轨道人造地球卫星在不同的轨道 上线速度不同，第一宇宙速度上线速度不同，第一宇宙速度v7.9 km/s是卫星绕是卫星绕 地球做圆周运动的最大环绕速度。地球做圆周运动的最大环绕速度。3同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向心加同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向心加速度均是一定的。速度均是一定的。返回返回自学教材自学教材 1卫星的发射卫星的发射 地球对周围的物体有引力作用，因而抛出的物体要落地球对周围的物体有引力作用，因而抛出的物体要落回地面。当物体速度足够大时，它将永远不会落回到地面回地面。当物体速度足够大时，它将永远不会落回到地面上来，而是围绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。它的上来，而是围绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。它的向心力是由地球对它的向心力是由地球对它的 来充当的。来充当的。万有引力万有引力返回返回重点诠释重点诠释 1地球卫星的轨道地球卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。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。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卫星绕地球沿圆轨道运行时，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，而万有引力指有引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。向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心。返回 2三类人造地球卫星轨道三类人造地球卫星轨道 (1)赤道轨道，卫星轨道在赤道所在赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。平面上，卫星始终处于赤道上方。(2)极地轨道，卫星轨道平面与赤道极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。平面垂直，卫星经过两极上空。(3)一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图341所示。所示。图图341返回 3卫星的种类卫星的种类 卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的。主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫名的。主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等。地卫星等。4同步卫星同步卫星 地球同步卫星是指在赤道平面内，以和地球自转角地球同步卫星是指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通讯卫星。同步卫星有以下几个特点：讯卫星。同步卫星有以下几个特点：返回返回返回1下列关于地球同步卫星的说法中正确的是下列关于地球同步卫星的说法中正确的是 ()A为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上同的轨道上B通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是的周期都是24 hC不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上道不一定在同一平面上D不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的的大小也是相同的返回返回答案：答案：BD返回 1第一宇宙速度第一宇宙速度 使卫星能环绕地球运行所需的使卫星能环绕地球运行所需的 发射速度，其大小发射速度，其大小为为v1 ，又称环绕速度。，又称环绕速度。2第二宇宙速度第二宇宙速度 使人造卫星脱离使人造卫星脱离 的引力束缚，不再绕的引力束缚，不再绕 运行，运行，从从 表面发射所需的最小速度，其大小为表面发射所需的最小速度，其大小为v2 ，又称脱离速度。，又称脱离速度。7.9 km/s地球地球地球地球地球地球11.2 km/s最小最小返回 3第三宇宙速度第三宇宙速度 使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为射所需的最小速度，其大小为v3 ，也叫逃逸，也叫逃逸速度。速度。16.7 km/s返回重点诠释重点诠释返回返回 3三种宇宙速度的对比三种宇宙速度的对比 以地球为例，三种宇宙速度和相应轨以地球为例，三种宇宙速度和相应轨道间的关系如图道间的关系如图342所示。当卫星在所示。当卫星在地面附近做圆周运动时，其运行速度即为地面附近做圆周运动时，其运行速度即为第一宇宙速度第一宇宙速度7.9 km/s；当卫星到达地面附近时，其速度介；当卫星到达地面附近时，其速度介于于7.911.2 km/s之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；当之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；当卫星到达地面附近时，其速度介于卫星到达地面附近时，其速度介于11.216.7 km/s之间，之间，图图342返回则卫星沿椭圆轨道飞离地球，成为绕太阳运动的卫星；则卫星沿椭圆轨道飞离地球，成为绕太阳运动的卫星；当卫星到达地面附近时，其速度超过当卫星到达地面附近时，其速度超过16.7 km/s，则卫星，则卫星能飞出太阳系成为太阳系外的卫星。三种宇宙速度是指能飞出太阳系成为太阳系外的卫星。三种宇宙速度是指卫星发射的速度，而不是在轨道上的运行速度。卫星发射的速度，而不是在轨道上的运行速度。返回2关于第一宇宙速度，下面说法正确的是关于第一宇宙速度，下面说法正确的是()A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度解析：解析：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是环绕第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是环绕地球做圆周运动的最大速度。离地越远，速度越小。卫地球做圆周运动的最大速度。离地越远，速度越小。卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于环绕速度。点的速度大于环绕速度。答案：答案：BC返回返回返回返回答案答案B返回 借题发挥借题发挥 对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都是对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，近地卫星的轨道半径根据万有引力提供向心力的思路，近地卫星的轨道半径等于中心天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。等于中心天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。(1)如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。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，可分别列出天体与道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球近地卫星环绕速度的表达式，用比例法进行计算。地球近地卫星环绕速度的表达式，用比例法进行计算。返回返回答案：答案：C返回 例例2高度不同的三颗人造卫星，某一瞬间的位置高度不同的三颗人造卫星，某一瞬间的位置恰好与地心在同一条直线上，如图恰好与地心在同一条直线上，如图343所示，则此所示，则此时它们的线速度大小、角速度大小、周期和向心加速度时它们的线速度大小、角速度大小、周期和向心加速度的大小比较为的大小比较为()A123Bv1v2v3CT1T2T3 Da1a2a3图图343 返回答案答案B返回返回2火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为道近似为圆，已知火卫一的周期为7小时小时39分，火卫分，火卫二的周期为二的周期为30小时小时18分，则两颗卫星相比分，则两颗卫星相比()A火卫一距火星表面较近火卫一距火星表面较近B火卫二的角速度较大火卫二的角速度较大C火卫一的运行速度较大火卫一的运行速度较大D火卫二的向心加速度较大火卫二的向心加速度较大返回返回答案：答案：AC返回 例例3发射地球同步卫星时，先将卫发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿，然后点火，使其沿椭圆轨道椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于Q点，轨点，轨道道2、3相切于相切于P点，如图点，如图344所示。当卫星分别在所示。当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是轨道上正常运行时，以下说法正确的是()图图344返回 A卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率 B卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度 C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大小大于它在轨点时的加速度大小大于它在轨道道2上经过上经过Q点时的加速度大小点时的加速度大小 D卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度大小等于它在轨道点时的加速度大小等于它在轨道3上经过上经过P点时的加速度大小点时的加速度大小 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点：(1)卫星在不同圆形轨道上的速率、角速度与轨道半径有卫星在不同圆形轨道上的速率、角速度与轨道半径有关。关。(2)卫星受到的万有引力为卫星的合外力，产生卫星的加卫星受到的万有引力为卫星的合外力，产生卫星的加速度。速度。返回答案答案BD返回 借题发挥借题发挥 (1)卫星在轨道上运动时，一旦轨道确定了，其半径、卫星在轨道上运动时，一旦轨道确定了，其半径、加速度、线速度、角速度以及周期将全部确定。加速度、线速度、角速度以及周期将全部确定。(2)卫星变轨前后的稳定状态下的问题与常规的人造卫星变轨前后的稳定状态下的问题与常规的人造卫星做匀速圆周运动问题可以进行类比。卫星做匀速圆周运动问题可以进行类比。返回返回答案：答案：B返回返回 随堂基础巩固随堂基础巩固 返回 课时跟踪训练课时跟踪训练