7.4 宇宙航行 导学案-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行 课标考纲解读 1．知道人造卫星的运行原理和轨道。 2．知道三个宇宙速度。 ( 内容概述 )3．掌握人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系 一．人造地球卫星 1.发射原理：地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回到地面。 预言，如果抛出的物体的速度足够大，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的 卫星，简称 。 2.运动规律： 说明：黄金代换： 二、地球的同步卫星（通讯卫星） 1.地球同步卫星：跟地球自转同步的卫星叫做同步卫星，此卫星相对于地面静止，周期为___________________，轨道平面一定与地轴垂直，且其圆周运动的圆心一定在地心，由公式 ，得地球同步卫星的轨道半径为________________，则其距地面的高度是确定的，为_______________，则所有的同步卫星均在同一轨道上。 2．同步卫星的运行方向与地球的自转方向 ． 3．同步卫星必定点于 正上方，且 ， 及 是惟一确定的． 三、人造卫星的轨道 1．人造地球卫星的轨道一般为椭圆轨道，在中学阶段，我们将卫星的运行轨道视为圆轨道．_________充当向心力，地球对人造卫星的万有引力指向________，匀速圆周运动的向心力时刻指向____________________，因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与________重合。人造地球卫星的轨道平面必通过地球中心。 2．对于同步卫星，其轨道平面与 平面重合． 四、人造卫星的“超重”与“失重”问题。 1.超重：卫星在进入轨道前的加速过程中，系统具有向上的加速度，卫星上的物体“ ”， 这种情况和升降机中的物体超重相同。 2.失重：卫星在进入轨道后，在正常运行的过程中，系统具有向下的加速度，且等于 ， 卫星上的物体处于 状态，在卫星上时，凡是制造原理与重力有关的均不能正常的使用。例如： 五．宇宙速度 （1）第一宇宙速度（环绕速度）：km/s ①意义：它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度． ②推导： 方法一： 方法二： ③如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转，所以第一宇宙速度是卫星的 ，等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动。如果卫星在更高的轨道上运行时，运行速度又小于第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是卫星环绕地球做圆周运动的 。如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点． （2）第二宇宙速度（逃逸速度）：当物体的速度大于11.2km/s时，就会脱离地球的引力，不在绕地球飞行。 ①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度． ②如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点． （3）第三宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于16.7km/s时，人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去。 ①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度． ②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了． ( 典型例题 ) 例1、某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，则该星球上的第一宇宙速度为_________．  例题2、如图6-5-1所示，圆a、b所在平面垂直地球的自转轴线，圆b的圆心就在地心处，圆c所在平面与地球自转轴线平行，则对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言（　　） A．卫星的轨道可能是a B．卫星的轨道可能是b C．卫星的轨道可能是c D．同步卫星的轨道只可能是b 例题3、关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( ) A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍 B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播 C．它以第一宇宙速度运行 D．它运行的角速度与地球自转角速度相同 例4、设某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则下列叙述正确的是（ ） A．其运行周期为80 B．其运行速率等于 C．使卫星运行轨道半径增大1倍，运行速率也增大1倍。 D．以上叙述都不正确 例题5、有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r1∶r2＝4∶1，求这两个卫星的： (1)线速度之比； (2)角速度之比； (3)向心加速度之比； (4)运动周期之比． ( 随堂练习 ) 1、已知地球质量是月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9km/s．那么在月球上发射一艘靠近月球表面运行的宇宙飞船，它的环绕速度为多大？  2、侦察卫星在通过地球两极上空的圆形轨道上运行，它的运行轨道距离地面的高度为h，要使卫星在一天时间内将地面上赤道各处的情况全部拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星的摄像机至少能拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球的半径为R，地面处的重力加速度为g,地球自转周期为T．  学科网（北京）股份有限公司 $$