高中物理第三章万有引力定律4人造卫星宇宙速度省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件.pptx

4,人造卫星宇宙速度,第三章,万有引力定律,第1页,学习,目标,1.,知道三个宇宙速度含义，会推导第一宇宙速度,.,2.,认识同时卫星特点,.,3.,了解人造卫星相关知识和我国卫星发射情况以及人类对太空探索历程,.,第2页,内容索引,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,自主预习,预习新知 扎实基础,第3页,自主预习,第4页,一、人造卫星,1.,卫星：自然或人工在太空中,物体,.,2.,第一颗人造卫星：,1957,年,10,月,4,日，由苏联送入围绕,轨道卫星,.,绕行星运动,地球,第5页,二、宇宙速度,数值,意义,第一宇宙速度,km/s,卫星在地球 绕地球做_,速度,第二宇宙速度,km/s,使卫星摆脱 引力束缚永远离开地球最小地面发射速度,第三宇宙速度,km/s,使卫星摆脱 引力束缚飞到太阳系外,地面发射速度,7.9,11.2,16.7,表面附近,匀速圆周运动,地球,太阳,最小,第6页,判断以下说法正误,.,(1),在地面上发射人造卫星最小速度是,7.9 km/s.(,),(2),人造地球卫星最小绕行速度是,7.9 km/s.(,),(3),在地面上发射火星探测器速度应为,11.2 km/s,v,16.7 km/s.(,),(4),要发射离开太阳系进入银河系探测器，所需发射速度最少为,16.7 km/s.,(,),(5),要发射一颗月球卫星，在地面发射速度应大于,16.7 km/s.(,),即学即用,答案,第7页,重点探究,第8页,一、三个宇宙速度,1.,不一样天体第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度决定原因是什么？,2.,把卫星发射到更高轨道上需要发射速度越大还是越小？,导学探究,答案,答案,越大,.,向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它引力,.,第9页,1.,第一宇宙速度,(1),定义：第一宇宙速度是人造卫星近地围绕地球做匀速圆周运动绕行速度,.,(2),推导：对于近地人造卫星，轨道半径,r,近似等于地球半径,R,6 400 km,，卫星在轨道处所受万有引力近似等于卫星在地面上所受重力，取,g,9.8 m/s,2则,知识深化,第10页,第11页,2.,第二宇宙速度,在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球引力作用，永远离开地球所必需最小发射速度，称为第二宇宙速度，其大小为,11.2 km/s.,7.9 km/s,v,0,11.2 km/s,时，物体绕地球运动轨道为椭圆轨道，且在轨道不一样点速度大小普通不一样,.,3.,第三宇宙速度,在地面附近发射飞行器，使之能够脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外宇宙空间最小发射速度，称为第三宇宙速度，其大小为,16.7 km/s.,第12页,例,1,我国发射了一颗绕月运行探月卫星,“,嫦娥一号,”.,设该卫星轨道是圆形，且贴近月球表面,.,已知月球质量约为地球质量,月球,半径约为地球半径,地球上第一宇宙速度约为,7.9 km/s,，则该探月卫星绕月运行最大速率约为,A.0.4 km/s B.1.8 km/s,C.11 km/s D.36 km/s,解析,答案,第13页,解析,卫星所需向心力由万有引力提供，,所以,B,项正确,.,第14页,“,最小发射速度,”,与,“,最大绕行速度,”,1.,“,最小发射速度,”,：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它引力,.,所以近地轨道发射速度,(,第一宇宙速度,),是发射人造卫星最小速度,.,规律总结,第15页,例,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,.,已知该星球半径为,R,，求该星球第一宇宙速度,.(,物体只受星球引力,),解析,答案,第16页,第17页,1.,人造地球卫星轨道特点,卫星绕地球运动轨道能够是椭圆轨道，也能够是圆轨道,.,(1),卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆一个,焦点，卫星周期和半长轴关系遵照开普勒第三定律,.,(2),卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星万有,引力提供了卫星绕地球运动向心力，而万有引力指向,地心，所以地心必定是卫星圆轨道圆心,.,(3),卫星轨道平面能够在赤道平面内,(,如同时卫星,),，能够经过两极上空,(,极地轨道卫星,),，也能够和赤道平面成任一角度，如图,1,所表示,.二、人造地球卫星,图,1,第18页,2.,地球同时卫星,地球同时卫星位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它角速度跟地球自转角速度相同，广泛应用于通信，又叫同时通信卫星,.,地球同时卫星特点见下表：,周期一定,与地球自转周期相同，即,T,24 h,86 400 s,角速度一定,与地球自转角速度相同,高度一定,卫星离地面高度,h,r,R,6,R,(,为恒量,),3.6,10,4,km,速度大小一定,v 3.07 km/s(为恒量)，围绕方向与地球自转方向相同,向心加速度大小一定,a,0.23 m/s,2,轨道平面一定,轨道平面与赤道平面共面,第19页,例,3,(,多项选择,),“,静止,”,在赤道上空地球同时气象卫星把辽阔视野内气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全方面和及时气象资料,.,设地球同时卫星轨道半径是地球半径,n,倍，以下说法中正确是,A.,同时卫星距地面高度是地球半径,(,n,1),倍,B.,同时卫星运行速度是第一宇宙速度,C.,同时卫星运行速度是地球赤道上物体随地球自转取得速度,D.,同时卫星向心加速度是地球表面重力加速度,(,忽略地球自转效应,),答案,解析,第20页,解析,地球同时卫星轨道半径是地球半径,n,倍，所以同时卫星距地面高度是地球半径,(,n,1),倍，,A,正确,.,同时卫星与地球赤道上物体含有相同角速度，依据,v,r,知，同时卫星运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度,n,倍，,C,错误,.,第21页,针对训练,1,如图,2,所表示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制全球卫星导航系统,.,其中有静止轨道同时卫星,(,轨道高度约为,36 000 km),和中地球轨道卫星,.,已知中地球轨道卫星轨道高度在,5 000,15 000 km,，则以下说法正确是,A.,中地球轨道卫星线速度小于静止轨道同时卫星线,速度,B.,上述两种卫星运行速度可能大于,7.9 km/s,C.,中地球轨道卫星绕地球一圈时间大于,24,小时,D.,静止轨道同时卫星周期大于中地球轨道卫星周期,答案,图,2,第22页,例,4,如图,3,所表示，,A,为地面上待发射卫星B,为近地圆轨道卫星，,C,为地球同时卫星,.,三颗卫星质量相同，三颗卫星线速度大小分别为,v,A,、,v,B,、,v,C,，角速度大小分别为,A,、,B,、,C,，周期分别为,T,A,、,T,B,、,T,C,，向心加速度大小分别为,a,A,、,a,B,、,a,C,，则,A.,A,C,B,B.,T,A,T,C,T,B,C.,v,A,v,C,a,B,图,3,解析,答案,三、,“,赤道上物体,”“,同时卫星,”,和,“,近地卫星,”,比较,第23页,解析,同时卫星与地球自转同时，故,T,A,T,C,，,A,C,，,由,v,r,及,a,2,r,得,v,C,v,A,，,a,C,a,A,故可知,v,B,v,C,v,A,，,B,C,A,，,T,B,a,C,a,A,，选项,A,正确，,B,、,C,、,D,错误,.,第24页,同时卫星、近地卫星、赤道上物体比较,1.,同时卫星和近地卫星,相同点：都是万有引力提供向心力,由上式比较各运动量大小关系，即,r,越大，,v,、,、,a,越小，,T,越大,.,总结提升,第25页,2.,同时卫星和赤道上物体,相同点：周期和角速度相同,不一样点：向心力起源不一样,所以要经过,v,r,，,a,2,r,比较二者线速度和向心加速度大小,.,第26页,针对训练,2,(,多项选择,),关于近地卫星、同时卫星、赤道上物体，以下说法正确是,A.,都是万有引力等于向心力,B赤道上物体和同时卫星周期、线速度、角速度都相等,C.,赤道上物体和近地卫星线速度、周期不一样,D.,同时卫星周期大于近地卫星周期,答案,解析,第27页,解析,赤道上物体是由万有引力一个分力提供向心力，,A,项错误；,赤道上物体和同时卫星有相同周期和角速度，但线速度不一样，,B,项错误；,赤道上物体、近地卫星、同时卫星三者间周期关系为,T,赤,T,同,T,近,，依据,v,r,可知,v,赤,v,同,，则线速度关系为,v,赤,v,同,v,近,，,C,项正确,.,第28页,达标检测,第29页,1.,(,对宇宙速度了解,),(,多项选择,),以下关于三种宇宙速度说法中正确是,A.,第一宇宙速度,v,1,7.9 km/s,，第二宇宙速度,v,2,11.2 km/s,，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时速度大于等于,v,1,、小于,v,2,B.,美国发射,“,凤凰号,”,火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度,C.,第二宇宙速度是在地面附近使物体能够摆脱地球引力束缚，成为绕太,阳运行人造行星最小发射速度,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最大运行,速度,答案,解析,1,2,3,4,5,第30页,实际上，因为人造卫星轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时速度都小于第一宇宙速度，选项,A,错误；,美国发射,“,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摆脱地球引力束缚而成为太阳一颗人造行星最小发射速度，选项,C,正确,.,1,2,3,4,5,第31页,2.,(,对同时卫星认识,),(,多项选择,),据报道，我国数据中继卫星,“,天链一号,01,星,”,于,年,4,月,25,日在西昌卫星发射中心发射升空，经过,4,次变轨控制后，于,5,月,1,日成功定点在东经,77,赤道上空同时轨道,.,关于成功定点,“,天链一号,01,星,”,，以下说法中正确是,A.,运行速度大于,7.9 km/s,B.,离地面高度一定，相对地面静止,C.,绕地球运行角速度比月球绕地球运行角速度大,D向心加速度与静止在赤道上物体向心加速度大小相等,答案,解析,1,2,3,4,5,第32页,因为,“,天链一号,01,星,”,运行周期,T,是一定，所以轨道半径,r,一定，离地面高度一定，,B,正确,.,1,2,3,4,5,第33页,1,2,3,4,5,第34页,3.,(,“,同时卫星,”,与,“,赤道上物体,”,及近地卫星比较,),(,多项选择,),如图,4,所表示，同时卫星与地心距离为,r,，运行速率为,v,1,，向心加速度为,a,1,，地球赤道上物体随地球自转向心加速度为,a,2,，第一宇宙速度为,v,2,，地球半径为,R,，则以下比值正确是,答案,解析,图,4,1,2,3,4,5,第35页,解析,地球同时卫星：轨道半径为,r,，运行速率为,v,1,，向心加速度为,a,1,；,地球赤道上物体：轨道半径为,R,，随地球自转向心加速度为,a,2,；,以第一宇宙速度运行卫星为近地卫星,.,对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力，,1,2,3,4,5,第36页,4.,(,第一宇宙速度计算,),若取地球第一宇宙速度为,8 km/s,，某行星质量是地球质量,6,倍，半径是地球半径,1.5,倍，此行星第一宇宙速度约为,A.16 km/s B.32 km/s,C.4 km/s D.2 km/s,答案,1,2,3,4,5,第37页,5.,(,第一宇宙速度计算,),某星球半径为,R,，在其表面上方高度为,aR,位置，以初速度,v,0,水平抛出一个金属小球，水平射程为,bR,，,a,、,b,均为数值极小常数，则这个星球第一宇宙速度为,答案,解析,1,2,3,4,5,第38页,1,2,3,4,5,第39页,