3.4 人造卫星 宇宙速度（课件）-2018版步步高学案导学与随堂笔记物理（教科版必修2）

第三章　 4　人造卫星　宇宙速度 学习目标 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度. 2.认识同步卫星的特点. 3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程. 内容索引 Ⅱ 重点知识探究 Ⅲ 当堂达标检测 Ⅰ自主预习梳理 Ⅰ 自主预习梳理 一、人造卫星 1.卫星：自然的或人工的在太空中 的物体. 2.第一颗人造卫星：1957年10月4日，由苏联送入环绕 的轨道的卫星. 绕行星运动 地球 二、宇宙速度   数值 意义 第一宇 宙速度 km/s 卫星在地球 绕地球做 的速度 第二宇 宙速度 km/s 使卫星挣脱 引力束缚永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇 宙速度 km/s 使卫星挣脱 引力束缚飞到太阳系外的 地面发射速度 7.9 11.2 16.7 表面附近 匀速圆周运动 地球 太阳 最小 1.判断下列说法的正误. (1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度.( ) (2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.( ) (3)要发射一颗人造地球卫星，发射速度必须大于16.7 km/s.( ) 即学即用 √ × × 2.已知月球半径为R，月球质量为M，引力常量为G，则月球的第一宇宙速度v＝_______. Ⅱ 重点知识探究 一、人造地球卫星 如图1所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上.b、c的圆心与地心重合，d为椭圆轨道，且地心为椭圆的一个焦点.四条轨道中哪些可以作为卫星轨道？为什么？ 答案 导学探究 图1 答案　b、c、d轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b、c轨道都可以，a轨道不可以.卫星也可在椭圆轨道运行，故d轨道也可以. 知识深化 1.人造地球卫星的轨道 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2所示. 图2 2.人造地球卫星的两个速度 (1)发射速度：指将人造地球卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度，卫星离地面越高，需要的发射速度越大. (2)绕行速度：指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度. 例1　(多选)可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道 A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆 B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆 C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是静止的 D.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是运动的 答案 解析 √ √ 解析　人造卫星飞行时，由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，故所有人造卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不能是地轴上(除地心外)的某一点，故选项A是错误的； 由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以选项B也是错误的； 相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的，不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同，就会相对于地面运动.故正确选项为C、D. 二、第一宇宙速度的理解与计算 (1)不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？ 答案 导学探究 答案　不同.由 得，第一宇宙速度v＝ ，可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关. (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 答案　越大.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力. 知识深化 1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的绕行速度. 2.推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，则 3.推广 由第一宇宙速度的两种表达式看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以v＝ 或v＝ 表示，式中G为引力常量，M为中心天体的质量，g为中心天体表面的重力加速度，R为中心天体的半