2017-2018学年高中物理（人教版,必修二）同步课件+学业分层测评+教师用书 第6章 5 宇宙航行 （3份打包）

5．宇宙航行 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度．(重点) 2.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．(重点) 3.理解近地卫星、同步卫星的区别．(难点) 4.掌握卫星的变轨问题．(难点) 人 造 地 球 卫 星 1．人造地球卫星的发射及原理 (1)牛顿设想： 如图6­5­1甲所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星． 甲　　　　　　　　　乙 图6­5­1 (2)发射过程简介： 如图乙所示，发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为发射速度，使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段． 2．动力学特点 一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供． 3．卫星环绕地球运动的规律 由G. 可得v＝＝m 1．发射人造地球卫星需要足够大的速度．(√) 2．卫星绕地球运行不需要力的作用．(×) 3．卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大．(×) 人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？ 图6­5­2 【提示】　不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力． 在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考： 图6­5­3 探讨1：这些卫星的轨道平面有什么特点？ 【提示】　这些卫星的轨道平面都通过地心． 探讨2：这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？ 【提示】　卫星的线速度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关． 1．人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力．因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道．当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道．如图6­5­4所示． 图6­5­4 2．人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律． (1)常用关系式． ①Gr. ＝mω2r＝m＝m ②mg＝G. ③G＝ma. (2)常用结论：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小．可以概括为“越远越慢、越远越小”． 3．地球同步卫星 (1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫做地球同步卫星． (2)特点： ①确定的转动方向：和地球自转方向一致； ②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h； ③确定的角速度：等于地球自转的角速度； ④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合； ⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)； ⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)． 1．如图6­5­5所示的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是(　　) 图6­5­5 ①卫星可能的轨道为a、b、c　②卫星可能的轨道为a、c　③同步卫星可能的轨道为a、c　④同步卫星可能的轨道为a　 A．①③是对的　　　 B．②④是对的 C．②③是对的 D．①④是对的 【解析】　卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度．但是由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以地心必须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是b.同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星可能的轨道为a.综上所述，正确选项为B. 【答案】　B 2．我国发射的“天宫”一号和“神舟”八号在对接前，“天宫”一号的运行轨道高度为350 km，“神舟”八号的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则 (　　) A．“天宫”一号比“神舟”八号速度大 B．“天宫”一号比“神舟”八号周期长 C．“天宫”一号比“神舟”八号角速度大 D．“天宫”一号比“神舟”八号加速度大 【解析】　由G，由于r天>r神，所以v天<v神，ω天<ω神，T天>T神，a天<a神；故正确选项为B.，a＝，T＝2π，ω＝＝ma，得v＝＝mr＝mrω2＝m 【答案】　B 3．关于地球同步卫星的说法正确的是(　　) 【导学号：50152075】 A．所有地球同步卫星一定在赤道上空 B．不同的地球同步卫星，离地高度不同 C．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等 D．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等 【解析】　地球同步卫星一定位于赤道上方，周期一定，离地面高度一定，向心加速度大小一定，所以A项正确，B、C项错误；由于F＝G，所以不同的卫星质量不同，其向心力也不同，D项错误． 【答案】　A 同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较 1．近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星，卫星做匀速圆