高中物理人教版必修2课件第6章 5宇宙航行 30页

5．宇宙航行 1．第一宇宙速度：表达式为____________或____________，大小为____________，它是卫星最大的环绕速度，也是卫星最小的发射速度.(环绕速度：指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度)2．第二宇宙速度：也叫脱离速度，大小为_________，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会克服地球的引力，永远离开地球．16.7km/s3．第三宇宙速度：也叫逃逸速度，大小为__________，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外．7.9km/s11.2km/s 4．通信卫星绕地球赤道运转，其周期与地球周期相同，这种卫星称为同步卫星．从地面上看，此卫星像是悬在高空中静止不动．有关同步卫星的叙述，正确的是()DA．它的位置太高，不会受地球引力的作用，所以能悬在高空静止B．它受到太阳的引力恰好等于地球对它的引力C．它受到月亮的引力恰好等于地球对它的引力D．它受到地球的引力恰好等于它绕地球做匀速圆周运动的向心力解析：同步卫星在轨道内只受地球对它的万有引力作用，且用以提供它做圆周运动的向心力，D对． 知识点1宇宙速度美国有部电影叫《光速侠》，是说一个叫DanielLight的家伙在一次事故后，发现自己拥有了能以光速奔跑的能力．根据所学物理知识分析，如果光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可能实现吗？图6－5－1 提示：不可能实现．当人或物体以大于第一宇宙速度的速度在地表运动时，会脱离地表，到达外太空，即在地表运动的速度不能超过7.9km/s. 1．第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度．设地球的质量为M、半径为r，则其大小为v＝＝7.9km/s，它是地球人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度． 2．第二宇宙速度：当发射物体的速度等于或大于11.2km/s时，物体会挣脱地球的引力，不再绕地球运行，我们把这个速度叫做第二宇宙速度．3．第三宇宙速度：发射速度达到第二宇宙速度的物体虽然挣脱了地球引力的束缚，但还受到太阳引力的作用，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使发射速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度． 【例1】若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这行星的第一宇宙速度约为()A.16km/sB．32km/sC.4km/sD．2km/s 答案：A 【触类旁通】1.关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()AA.第一宇宙速度又叫环绕速度B.第一宇宙速度又叫脱离速度C.第一宇宙速度跟地球的质量无关D.第一宇宙速度跟地球的半径无关 知识点2人造地球卫星探索宇宙的奥秘，奔向广阔的太空，是人类自古以来的梦想，人类是借助于火箭完成飞向太空的壮举的．我国首个空间实验室“天宫一号”于2011年9月29日发射升空．按计划与“神舟”八号、“神舟”九号和“神舟”十号进行无人和人工对接，实现我国航天器空间对接技术．“神舟”八号于2011年11月1日凌晨发射，这次发射的主要任务是与“天宫一号”对接…… 图6－5－2图6－5－3讨论：苏联“神舟”五号杨利伟(1)1957年10月4日，_______发射了第一颗人造地球卫星．(2)2003年10月15日，我国的_____________宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员_______送入太空，成为继苏联、美国后，第三个依靠自己的力量将宇航员送上太空的国家． 1．人造地球卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力，地球对卫星的万有引力指向地心．而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它所做圆周运动的圆心．因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合．这样就存在三类人造地球卫星轨道(如图6－5－4所示)：(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道上方． (2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空．(3)一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度．图6－5－4 2．人造地球卫星的最小周期：人造地球卫星的周期与轨道半径的关系为T＝2π.由此可知，卫星的轨道半径r越大，周期T越大．显然，卫星以第一宇宙速度在地球表面附近绕地球运动时的周期最小，最小周期约为84.8min. 3．人造地球卫星的运行速度和发射速度的区别：度指的是人造地球卫星在轨道上运行时的速度，其大小随轨道半径的增大而减小，所以卫星的运行速度v≤7.9km/s.但由于人造地球卫星在发射过程中要克服地球引力做功，势能增大，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速度越大，卫星的最小发射速度为7.9km/s. 4．人造地球卫星的超重与失重：(1)发射和回收阶段：卫星发射加速上升的过程和卫星回收进入大气层减速下降的过程中，都具有向上的加速度，这时发生超重现象．(2)沿圆轨道正常运行：卫星进入圆轨道正常运行以后，只受重力，向心加速度为g，卫星及卫星上的任何物体都处于完全失重状态．凡是应用重力原理制成的仪器(天平、水银气压计等)在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验在卫星中都无法进行． 5．地球同步卫星：(1)同步卫星：与地球同步转动，又称静止卫星(相对于地球表面静止不动)或通信卫星．(2)同步卫星的特点：①周期T、角速度ω与地球自转的周期和角速度相同，T＝24h.②轨道确定：因为ω、T与地球自转的ω、T相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上同地球自转同步． (R＋h)＝m2(R＋h)，式中的如图6－5－5所示，假设卫星在轨道B跟着地球的自转同步地做匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力F引的一个分力F1提供，由于另一个分力F2的作用将使卫星靠向赤道；故只有在赤道上空，同步卫星才可能在稳定的轨道上运行，因此，所有的同步卫星只能在赤道的正上方，且在一定高度处．因为GMm24π2TR为地球半径，h为卫星离地面的高度，经计算得h＝3.6×104km.图6－5－5 【例2】(双选)下列关于地球同步卫星的说法，正确的是()A．为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上B．通信卫星定点在地球赤道上空某处，所有通信卫星的周期都等于地球的自转周期C．不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上D．不同通信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 解析：通信卫星为同步卫星，地球同步卫星都在同一轨道上，且相对静止，A错误，D正确；同步卫星的运行周期与地球的自转周期一致，B正确，C错误．答案：BD 【例3】在天体演变的过程中，红巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子)，中子星具有极高的密度．若已知某中子星的密度为1017kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期．(引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2) 【触类旁通】2．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率()A．一定等于7.9km/sBB．等于或小于7.9km/sC．一定大于7.9km/sD．介于7.9km/s和11.2km/s之间解析：第一宇宙速度为7.9km/s，是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度． 3．地球的半径为R0，地球表面的重力加速度为g，一个质量为m的人造卫星，在离地面高度为h＝R0的圆形轨道上绕地球运行，则() 答案：A 卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 【例4】人造地球卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此过程中，以下说法错误的是()A．卫星的速率将增大B．卫星的周期将增大C．卫星的向心加速度将增大D．卫星的角速度将增大 答案：B 【触类旁通】4．(双选)如图6－5－6所示，T代表“天宫一号”飞行器，S代表“神舟”八号飞船，它们都绕地球做匀速圆周运动，则()图6－5－6ADA.T的周期大于S的周期B.T的线速度大于S的线速度C.T的向心加速度大于S的向心加速度D.S和T的速度都小于环绕速度7.9km/s