3.4 人造卫星 宇宙速度 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

复习任务群一 现代文阅读Ⅰ 把握共性之“新”　打通应考之“脉” 第1课时 反应热 焓变（基础课） 第三章　万有引力定律 4　人造卫星　宇宙速度 1 学习任务目标 1.了解人造地球卫星的初步构想，会解决较简单的涉及人造地球卫星运动的问题。(科学思维) 2．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。(物理观念) 3．通过对地球卫星运动的分析，掌握不同高度卫星的线速度、角速度、周期和加速度的特点。(科学思维) 4．通过人类探索太空的成就，感受人类对客观世界不断探究的精神。(科学态度与责任) 4　人造卫星　宇宙速度 2 问题式预习 足够大 人造地球卫星 ma 4　人造卫星　宇宙速度 3 [科学思维] (1)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，运动轨道的圆心是_______________，运动半径是_____________________的距离。 (2)地球的自转是地球绕地轴的转动，自转周期是__________。 (3)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的周期T＝_________。 [判一判] (1)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由火箭推力提供。(　　) (2)卫星绕地球的轨道半径越大，运行速度越大。 (　　) (3)绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星的圆心与地心重合。 (　　) 地球的球心 卫星到地球球心 24 h × × √ 4 2．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，从地球表面发射所需的______速度，其大小为________ km/s。 3．第三宇宙速度：要使物体脱离______的束缚而飞离_________，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为____________km/s。 第一宇宙速度 7.9 最小 11.2 太阳 太阳系 16.7 [科学思维] 推导第一宇宙速度的过程是如何建立模型的？推导的依据是什么？ [判一判] (1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可能大于7.9 km/s。 (　　) (2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。 (　　) (3)要发射一颗绕月球飞行的人造卫星，在地面的发射速度应大于11.2 km/s。 (　　) × √ × 任务型课堂 任务一　第一宇宙速度的理解与计算 [探究活动] 牛顿曾提出过一个著名的设想：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星。 4　人造卫星　宇宙速度 8 (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ 提示：当抛出速度较小时，物体做平抛运动。当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动。 (2)若地球的质量为M，物体到地心的距离为r，引力常量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度。 9 (3)若物体紧贴地面飞行，地球半径为R，其速度大小为多少？ [评价活动] 1．下列关于三个宇宙速度的说法正确的是(　　) A. 第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1且小于v2 B. “天问一号”火星探测器的发射速度大于第三宇宙速度 C. 第三宇宙速度是使地面附近的物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最大运行速度 D. 第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度 √ 2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星。中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，引力常量G＝6.67×10-11 N·m2/kg2，那么该中子星的第一宇宙速度约为 (　　) A. 7.9 km/s B. 16.7 km/s C. 2.9×104 km/s D. 5.8×104 km/s √ √ √ 4．1990年5月，紫金山天文台将1965年 9月20日发现的第2 752号小行星命名为“吴健雄星”，其直径为32 km。若该小行星的密度和地球相同，已知地球半径约为 R0＝6 400 km，地球的第一宇宙速度约为8 km/s。求该小行星的第一宇宙速度。 答案：20 m/s 5．假设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落回该人的手中。已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度。 任务二　人造地球卫星的运动 [探究活动] 在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动。 (1)这些卫星的轨道平面有什么特点？ 提示：卫星所受的向心力由地球对其的万有引力提供，故所有卫星的轨道平面都经过地心。 21 (2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？ [评价活动] 1．a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于P点，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平面上。某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示，下列说法正确的是(　　) A. a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度 B. b、c的角速度相等，且小于a的角速度大小 C. a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度大小 D. a、c存在在P点相撞的危险 √ 2．(2024·河北卷)(多选)2024年3月20日，鹊桥二号中继通信卫星成功发射升空，为嫦娥六号在月球背面的探月任务提供地月间中继通信。鹊桥二号采用周期为24 h的环月椭圆冻结轨道(如图)，近月点A距月心约为2.0×103 km，远月点B距月心约为1.8×104 km，CD为椭圆轨道的短轴。下列说法正确的是 (　　) A. 鹊桥二号从C点经B点到D点的运动时间为12 h B. 鹊桥二号在A、B两点的加速度大小之比约为81∶1 C. 鹊桥二号在C、D两点的速度方向垂直于其与月心的连线 D. 鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于7.9 km/s且小于11.2 km/s √ √ 3．如图所示，假设甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动。下列说法正确的是 (　　) A. 甲的向心加速度比乙的小 B. 甲的运行周期比乙的小 C. 甲的角速度比乙的大 D. 甲的线速度比乙的大 √ 4．(多选)质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的 (　　) √ √ 5．火星、地球和太阳处于一条直线时，会形成“火星冲日”的天象奇观。“火星冲日”的模拟图如图所示。试回答以下问题： (1)该时刻火星和地球哪个的速度大？ (2)再经过1年时间，火星是否又回到了原位置？ 答案：(1)地球　(2)没有回到原位置 关于天体运动的分析与计算 (1)基本思路 一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需向心力由中心天体对它的万有引力提供。 (2)常用关系 ①设质量为m的天体绕另一质量为M的 中心天体做半径为r的匀速圆周运动，由天体做匀速圆周运动得 任务三　地球同步卫星 1．地球同步卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中。下列说法正确的是 (　　) A. 同步卫星处于平衡状态 B. 同步卫星的速率是唯一的 C. 不同同步卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上方，它们以第一宇宙速度运行 D. 它们可在我国北京上空运行，故可用于我国的电视广播 √ 33 2．中国“北斗”卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，该系统由空间端、地面端和用户端组成，其中空间端包括地球同步卫星和非地球同步卫星。下列说法正确的是 (　　) A. 地球同步卫星的运行速度大于地球的第一宇宙速度 B. 地球同步卫星的运行周期都与地球自转周期相等 C. 地球同步卫星运行的加速度大小不一定相等 D. 为避免相撞，不同国家发射的地球同步卫星必须运行在不同的轨道上 √ 3．1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为430 km，远地点高度约为2 000 km。1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空约36 000 km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为 (　　) A. a2＞a1＞a3 B. a3＞a2＞a1 C. a3＞a1＞a2 D. a1＞a2＞a3 √ √ √ 地球同步卫星相对于地球静止，和地球的自转周期相同，故同步卫星距地面的高度有确定值，且必须在地球的赤道平面内，即所有的同步卫星有相同的轨道。所以同步卫星具有以下特点： 39 本节课掌握了哪些考点？ 本节课还有什么疑问点？ 40 谢 谢！ 41 $