第4章 第3节 第2课时 人造卫星上天（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【精讲精练】鲁科版

第2课时　人造卫星上天 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。 2．了解同步卫星的特点。 3．了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况。 理解第一宇宙速度，并会计算；了解第二宇宙速度和第三宇宙速度。 一、人造地球卫星 1．牛顿的设想 如图所示，当物体的__初速度__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__人造地球卫星__。 2．原理 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做__匀速圆周__运动，向心力由地球对它的__万有引力__提供，即G＝　m　，则卫星在轨道上运行的线速度v＝ 。 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有mg＝　m　，由此解出v＝。 二、宇宙速度 数值 意义 第一宇 宙速度 __7.9__ km/s 卫星在地球表面附近绕地球做__匀速圆周运动__的速度 第二宇 宙速度 __11.2__ km/s 使卫星挣脱__地球__引力束缚的最小地面发射速度 第三宇 宙速度 __16.7__ km/s 使卫星挣脱__太阳__引力束缚的__最小__地面发射速度 1．判断下列说法的正误。 (1)地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。(√) (2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s＜v＜16.7 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。(×) 2．(多选)可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道(　　) A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆 B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆 C．与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是静止的 D．与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是运动的 解析　人造卫星飞行时，由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，故所有人造的卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不能是地轴上(除地心外)的某一点，故选项A是错误的；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以选项B也是错误的；相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的，不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同，就会相对于地面运动。故正确选项为C、D。 答案　CD 知识点一　对第一宇宙速度的理解 对第一宇宙速度的理解和推导 1．认识第一宇宙速度：第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，等于人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的运行速度，即近地卫星的环绕速度。 2．推导 方法一 ―→ 方法二　 ―→ 3．其他星球的第一宇宙速度 (1)任何一颗星球都有自己的第一宇宙速度，v＝ 或v＝，式中G为引力常量，M为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，R为中心星球的半径。 (2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。 　我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥三号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　) A．0.4 km/s　　　　　　 B．1.8 km/s C．11 km/s D．36 km/s [解析]　星球的第一宇宙速度即围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度。卫星所需的向心力由万有引力提供G＝m，得v＝ ，又由＝、＝，故月球和地球上第一宇宙速度之比＝，故v月＝7.9× km/s≈1.8 km/s，因此B项正确。 [答案]　B [思维升华] 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。 (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。 1．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，求该星球上的第一宇宙速度。 解析　根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g＝，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做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mg＝m，该星球表面的第一