3.4.1 人造卫星 宇宙速度 课件-2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

第三章 万有引力定律 3.4 人造卫星 宇宙速度 高中物理·必修二·教科版 1 一、人造卫星 俄国齐奥尔科夫斯基在论文中提出制造人造卫星的设想，1957年10月4日，苏联将第一颗人造卫星送入环绕地球的轨道。 1976年 中国发射第一颗自己的人造地球卫星“东方红一号” 卫星被发射升空 环绕地球的人造卫星 形形色色的卫星轨道 观察不同的人造卫星的轨道你有什么发现? 结论：人造卫星的轨道平面必过地心 v0 牛顿构想: 速度越大，抛的越远，只要初速度大到一定程度，就可以绕地球飞行——成为一颗卫星 那么到底至少需要多大的初速度才可以发射一颗卫星呢？ r M m RE 方法：万有引力提供卫星做圆周运动的向心力 = ∴ ≈ 7.9km/s 要使卫星能够环绕地球飞行，最小发射速度是多大呢？ 已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.9×1024kg, 地球半径RE=6400km） 由 F万=F向 得 第一宇宙速度 第一宇宙速度的另一个表达式为v= 请推导 第一宇宙速度 1、第一宇宙速度: 使卫星能够环绕地球运行所需的最小发射速度叫做第一宇宙速度。 v1=7.9 km/s 想一想：如果卫星发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星将怎样运行？ 第二宇宙速度 使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地表发射所需的最小速度叫做第二宇宙速度。 大小；v2=11.2km/s 7.9km/s< v < 11.2km/s 第三宇宙速度 使人造卫星脱离太阳的引力束缚，不再绕太阳运行，从地表发射所需的最小速度叫做第三宇宙速度。 大小；v3=16.7km/s 第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. （地面附近发射） 第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (地面附近发射) 11.2 km/s >V > 7.9 km/s V = 16.7 km/s V = 11.2 km/s V = 7.9km/s 绕绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆。。 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. 宇宙速度小结 课堂练习 例1　(2019·天津一中期末)我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.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 √ 例2　(2019·湘潭一中期末)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，求该星球的第一宇宙速度.(物体只受星球的引力) 地球 近地卫星： ①卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动。 ②卫星运动规律 近地卫星做匀速圆周运动的速度最大，等于第一宇宙速度。 14 14 三、地球同步卫星 （1）定义： 相对地球表面静止的卫星。 （2）特点： ① 定轨道平面： 轨道平面只能在赤道正上方； ② 定周期： 周期等于地球自转的周期，T=24h。 ③ 定高度： 由 得： h≈36000km ④ 定线速度、加速度 ： 线速度 v =3.08 km/s 加速度 a =0.23 m/s2 绕行方向与地球自转方向相同。 三、地球同步卫星 针对训练1　如图3所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5 000～15 000 km，静止轨道同步卫星的高度约为36 000 km，则下列说法正确的是 A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s C.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间大于24小时 D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期 √ 图3 同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较 例4　如图4所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星.三颗卫星质量相同，线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则 A.ωA＝ωC<ωB B.TA＝TC<TB C.vA＝vC<vB D.aA＝aC>aB √ 同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较 1.同步卫星和近地卫星都是万有引力提供向心力，即 . 由上式比较各运动量的大小关系，即r越大，v、ω、a越小，T越大. 2.同步卫星和赤道上物体都做周期和角速度相同的圆周运动.因此要通过v＝ωr，a＝ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小. 练习：如图4所示，地球赤道上的山丘e、近地卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q的线速度大小分别为v1、v2、v3，向心加速度大小分别为a1、a2、a3，则(　　) A．v1＞v2＞v3 B．v1＜v2＜v3C．a1＞a2＞a3 D．a1＜a3＜a2 针对训练3　如图所示，a为放在赤道上随地球一起自转的物体，b为同步卫星，c为一般卫星，d为极地卫星.设b、c、d三卫星距地心的距离均为r，做匀速圆周运动.则下列说法正确的是 A.a、b、c、d 线速度大小相等 B.a、b、c、d向心加速度大小相等 C.d可能在每天的同一时刻，出现在a物体上空 D.若b卫星升到更高圆轨道上运动，则b仍可能与a物体相对静止 √ 图6 2.(对同步卫星的认识)(多选)下列关于同步通信卫星的说法正确的是（ ） A.各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的 B.同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大，高度降低，速率减小，仍同步 C.我国发射的第一颗人造地球卫星的周期是114 min，它的高度比同步卫星低 D.同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星速率小 √ √ √ 作业：小聚焦课时作业10 eq \f(1,81) eq \f(1,4) eq \f(GMm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝ meq \f(4π2,T2)r＝ma $$