3.4人造卫星 宇宙速度2 课件 -2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

第 节 4 第三章 万有引力定律(王) 人造卫星 宇宙速度2 1 2022年6月5日，我国成功发射神舟十四号载人飞船，3名航天员进驻核心舱。假设神舟十四号在飞行的过程中绕地球沿圆轨道运行，地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，飞船绕地球运行的周期为T。 (1)求飞船离地面的高度h； 答案　-R (2)如图所示，卫星A与神舟十四号载人飞船B的轨道在同一平面，已知卫星A运行方向与B相同，A的轨道半径为B的2倍，某时刻A、B相距最近，则至少经过多长时间它们再一次相距最近？ 答案　 T 设金星和地球绕太阳中心的运动是公转方向相同且轨道共面的匀速圆周运动，金星在地球轨道的内侧(称为地内行星)。在某些特殊时刻，地球、金星和太阳会出现在一条直线上，这时候从地球上观测，金星像镶嵌在太阳脸上的小黑痣缓慢走过太阳表面。天文学称这种现象为“金星凌日”。如图9所示，2012年6月6日天空上演的“金星凌日”吸引了全世界数百万天文爱好者。假设地球公转轨道半径为R，“金星凌日”每隔t0年出现一次，则金星的公转轨道半径为(　　) 1.(2023·江苏卷)设想将来发射一颗人造卫星，能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行，该轨道可视为圆轨道。该卫星与月球相比，一定相等的是 A.质量 B.向心力大小 C.向心加速度大小 D.受到地球的万有引力大小 基础强化练 C 8.(2023·绵阳市南山中学高一期中)2022年11月8日晚，夜空上演“红月亮”，即当地球位于太阳与月球之间，整个月球全部进入地球的影子里，月亮表面变成暗红色，形成月全食。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，月球环绕地球公转的轨道半径为r，月全食时月球运动的圆心角为θ，则月全食的持续时间为 A. B. C. D. 能力综合练 B 9.(2023·四川绵阳高一期中)2023年1月21日，农历除夕当晚，中国空间站过境祖国上空，神舟十五号航天员费俊龙、邓清明、张陆向全国人民送来新春祝福。如图所示，中国空间站绕地心做近似圆周运动，轨道半径为r，航天员们在空间站内观察地球的最大张角为θ。已知地球表面的重力加速度为g，忽略地球自转的影响。则 A.地球半径为rcos B.航天员所受地球引力几乎为零 C.空间站绕地球运动的周期为 D.航天员的向心加速度为gsin C 10.(2022·山东卷)“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为 A.(-R B.( C.(-R D.( C 12.设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，某人造地球卫星在赤道上空做匀速圆周运动，轨道半径为r，且r<5R，运行方向与地球的自转方向相同，在某时刻，该人造地球卫星通过赤道上某建筑物的正上方，则到它下一次通过该建筑物正上方所需要的时间为(地球静止轨道卫星轨道半径约为7R) A.2π(-ω0) B. C.2π D. 尖子生选练 D 交流讨论 1.做匀速圆周运动的卫星运行的快慢与什么因素有关呢？ 2.有人根据 和 认为 r 增加，v也增大。可根据 当r增加，v却减少，你怎么理解这个问题? 3.为什么向高轨道发射卫星的发射速度大而运行速度小？ （二）“与地球属同轴转动”类 （一）“卫星做匀速圆周运动”类 F万= F向 地表的物体(人、车、房子)：F万 = G + F向 R h 高空的物体（上升的火箭、气球、飞机）：F万 = G+F向 若题上未特殊说明，则忽略地球自转： F万= G F万 = G 若题上未特殊说明，则忽略地球自转： 一、复习 2.第二宇宙速度 v2=11.2 km/s 在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球引力的束缚，永远离开地球飞到太阳系，成为“人造小行星”所需的最小发射速度。 3.第三宇宙速度 v3=16.7 km/s 脱离太阳的束缚飞离太阳系的最小发射速度。 1.第一宇宙速度v1=7.9km/s ①使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度； ②地球卫星最大的绕行速度/运行速度 ③近地卫星的绕行速度 一、复习 风云一号 卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测。 北斗导航系统卫星 北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，中国自行研制生产的北斗卫星导航定位系统 二、人造卫星的运行规律 卫星围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力 地心 F万 地心 F万 地心 F万 地心 地心 结论：人造卫星的圆轨道圆心一定与地心共点。（即二心重合） 人造卫星的运行规律 ①卫星围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力 高轨低速长周期 ②人造卫星的圆轨道圆心一定与地心共点。（即二心重合） ③第一宇宙速度v1=7.9km/s 使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度；地球卫星最大的绕行速度/运行速度；近地卫星的绕行速度 三、近地卫星、同步卫星、极地卫星和月球 1.近地卫星：卫星的做匀速圆周运动的轨道离地面很近，计算时轨道半径可取地球半径。 它们是绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星的最小周期和最大线速度。 ②线速度大小/运行速率v≈7.9 km/s ③周期 T = ≈85 min 2.同步卫星一定在赤道上方吗？（教材P72） 地球同步卫星：轨道半径约为地球半径的6.6倍，离地面高度约36 000 km处，周期与地球自转周期相同。其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向相同，因其相对地面静止，也称地球静止卫星。 地球静止轨道卫星-----一定在赤道上方----用于通讯 倾斜地球同步卫星----不一定在赤道上方 赤道平面 北 南 东 西 2.地球静止轨道卫星 相对于地面静止的卫星叫地球静止轨道卫星。 特点一、周期和地球自转周期相同T=24h 特点二、只能在赤道平面内 特点三、高度一定 h= 36000km 例、已知地球半径为R=6400km，地球表面重力加速度为9.8m/s2。求静止轨道卫星离地高度。 贴近地面时的重力等于地球引力，即： 解：地球对卫星引力提供向心力 两式联立解得： R h ● 赤道轨道和地球静止轨道 轨道平面与地球赤道平面重合，这种轨道称为“赤道轨道”；若要求卫星运行时相对地面静止，即和地球自转具有相同的周期。这样的卫星叫地球静止轨道卫星。它的运行轨道称为“地球静止轨道”。 地球静止轨道卫星具有下列特点： ①定轨道：地球静止轨道卫星轨道只能在赤道平面内； ②定周期：地球静止轨道的周期等于地球自转周期，即T=24h； ③定高度：所有的地球静止轨道卫星离地高度相等； ④定速率：所有的地球静止轨道卫星的运行速率相等。 静止轨道卫星与地球的关系 小结：所有的地球静止轨道卫星都在同一个轨道上运行，周期都等于地球的自转周期，它们都位于赤道平面，以相同的角速度、线速度和周期与地球保持相对静止做匀速圆周运动。 3.极地卫星 （1）卫星轨道通过地球两极的上空， （2）可以观测整个地球，应用于地球信息的采集。 常叫间谍卫星或侦察卫星 4.月球 绕地球的公转周期T=27.3天，月球和地球间的平均距离约38万千米，大约是地球半径的60倍。 四、月球、地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 　如图所示是一张人造地球卫星轨道示意图，其中圆轨道a、c、d的圆心均与地心重合，a与赤道平面重合，b与某一纬线圈共面，c与某一经线圈共面。下列说法正确的是 A.a、b、c、d都有可能是卫星的轨道 B.轨道a上卫星的线速度大于7.9 km/s C.轨道c上卫星的运行周期可能与地球自转周期相同 D.仅根据轨道d上卫星的轨道半径、角速度和引力常量，不能求出地球 质量 例3 C 　(多选)a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，向心加速度大小为a1，b处于地面附近近地轨道上，运行速度大小为v1，c是地球静止卫星，离地心距离为r0，运行速度大小为v2，向心加速度大小为a2，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，地球的半径为R，则有 A.a的向心加速度等于重力加速度 B.= C.= D.d的运动周期不可能是20小时 例4 CD A.R B.R C.R D.R $$