3.4宇宙速度与航天(同步课件)-粤教版2019必修第二册(共32张PPT)

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3.4宇宙速度与航天(同步课件)-粤教版2019必修第二册(共32张PPT)

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第四节 万有引力定律的应用
粤教版(2019)高中物理必修第二册
第三章 万有引力定律
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
万有引定律求天体的质量
1.根据万有引力提供向心力(环绕法)
2.若是在地球表面运动的物体,不考虑地球自转,
物体的重力等于地球对物体的万有引力(表面法)
第一宇宙速度(环绕速度)
绕地做圆周运动时,由
得,轨道半径越大,速度越小。
定义:人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度,叫做第一宇宙速度。
结合以下两方面,理解第一宇宙速度的意义:
牛顿设想,发射速度达到一定值时,才不落回地面;
最小的发射速度;
绕地做圆周运动时的最大环绕速度。
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
v=7.9km/s
7.9km/s第一宇宙速度
v=11.2km/s
第二宇宙速度
发射速度等于或大于11.2km/s,飞行器将克服地球引力,永远离开地球。这个速度叫做第二宇宙速度,也叫做逃逸速度,是卫星挣脱地球引力的最小发射速度。
第二宇宙速度(逃逸速度)
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
v=7.9km/s
7.9km/sv=11.2km/s
第一宇宙速度
第二宇宙速度
v=16.7km/s
第三宇宙速度
类推,挣脱太阳引力束缚的最小发射速度叫做第三宇宙速度,
数值是16.7km/s.
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
第三宇宙速度
三个宇宙速度的含义
数值 意义
第一宇宙速度 ____ km/s 物体在 绕地球做匀速圆周运动的速度
第二宇宙速度 ____ km/s 在地面附近发射飞行器使其克服 引力,永远离开地球的最小地面发射速度
第三宇宙速度 ____ km/s 在地面附近发射飞行器使其挣脱 引力束缚,飞到太阳系外的 地面发射速度
7.9
11.2
16.7
地球附近
地球
太阳
最小
1、下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(  )
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,小于v2
B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星,其发射速度大于第三宇宙速度
C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚,成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度
D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度


课堂练习

课堂练习
人造地球卫星
(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道),可以通过两极上空(极地轨道),也可以和赤道平面成任意角度,如图所示.
(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力,所以地心必定是卫星圆轨道的圆心.
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动,
v
卫星在轨道上的运行规律
写出卫星加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径
的关系:
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
加速度与半径关系:__________________ , a=___________;
线速度与半径关系:__________________ , v=___________;
角速度与半径关系:__________________ , ω =_________;
周期与半径关系: __________________ , T =___________。
卫星在轨道上的运行规律
ω2r
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
ω =
结论:高轨________速______周期
(r越大,v越_______)
(r越大,a越_______)
(r越大,ω越_____)
(r越大,T_____)










宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
【例题】:已知地球的质量M=5.97×1024kg,半径R=6.37×106m,自转周期T=24h,G=6.67×10-11N·m2/kg2
(1)地球对卫星的引力就是卫星绕地球运动所需的向心力,列出万有引力定律与向心力公式的关系式,即可求解
(1)估算同步卫星离地面的高度.
(2)简述为什么同步卫星轨道平面要与赤道平面重合
(2)根据同步卫星的功能,结合万有引力定律与圆周运动的特点进行分析
分析:
(1)设同步卫星离地面的高度为h,地球对同步卫
星的引力就是同步卫星运动所需向心力,则有
(2)卫星绕地球做圆周运动所需向心力等于地球对卫星的万有引力,因此卫星轨道的圆心位于地心,即地心位于卫星轨道平面上.“同步”的意思是卫星与地球保持相对静止,即同步卫星运动与地球自转的角速度和方向相同而同时满足这两个条件的,只有地球赤道平面.因此,同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合.
解得
解:
同步卫星
五定
定周期:T=24h
定轨道:在赤道上空
定高度:h=36000km
总结:地球同步卫星的特点
定角速度:与地球自转角速 度相等
定线速度:v =3.1km/s
环绕速度V=3.075km/s
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
A
B
“提供的”=“需要的”


“提供的”<“需要的”
离心现象
点火
加速


<
点火
加速
点火
改变v大小
打破“供需”平衡
从低轨到高轨要点火加速
从高轨到低轨要点火减速
宇宙速度
复习回顾
遨游太空
卫星运行规律
卫星变轨问题
3、(多选)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于A点,轨道2、3相切于B点,则卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时,下列说法正确的是( )
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B.卫星在轨道1上经过A点时的速率小于在轨道2上经过A点时的速率
C.卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度
D.卫星在轨道2上经过B点时的加速度小于它在轨道3上经过B点时的加速度
E.卫星在轨道2运动的周期小于在轨道1运动的周期
2
1
3
B
A
课堂练习
4、(多选)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于A点,轨道2、3相切于B点,则卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时,下列说法正确的是( )
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B.卫星在轨道1上经过A点时的速率小于在轨道2上经过A点时的速率
2
1
3
B
A
v1
v3
v2A
v2B
v2A>v1
v3>v2B
v1>v3
v2A>v1>v3>v2B
点火加速
椭圆v近>v远
v2A>v2B
点火加速
加速
加速
减速

课堂练习
5、(多选)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于A点,轨道2、3相切于B点,则卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时,下列说法正确的是( )
C.卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度
D.卫星在轨道2上经过B点时的加速度小于它在轨道3上经过B点时的加速度
2
1
3
B
A
a1
a3
a2A
a2B
a1 = a2A
牛顿第二定律F合=ma:


>
a3 = a2B

课堂练习
中国骄傲!!!
1970年4月24日,我国发射第一颗人造地球卫星——“东方红1号”
每年的4月24日
中国航天日
中国骄傲!!!
2017年4月22日,“天舟一号”与“天宫二号”首次完成推进器在轨补加
中国空间站
中国骄傲!!!
2003年10月15日,“神州五号”将我国第一位宇航员杨利伟送入太空。
2016年9月15日,“天宫二号”空间实验室发射成功。
中国骄傲!!!
2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射,随后北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
中国骄傲!!!
2020年7月23日,中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。
2020年11月24日,“嫦娥五号”发射成功。
1.关于第一宇宙速度,下列说法正确的是:( )
A.大小是7.9km/h
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.它是物体成为地球卫星的最小发射速度
D.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
BC
km/s

课堂练习
2、人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动,下列说法正确的是:
A.半径越大,速率越大,周期越小
B.半径越大,速率越小,周期越大
C.所有卫星的角速度相同,与半径无关
D.所有卫星的速率均相同,与半径无关
B
课堂练习
3、地球同步卫星距离地心的距离为r,运行速率为V1,向心加速度为a1;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为V2,地球的半径为R,则
A、 B、
C、 D、
(A、D)
课堂练习
4、可以发射一颗这样的人造地球卫星,使其圆轨道
A、与地球表面上某一纬度线 (非赤道)是共面同心圆
B、与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆
C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地球表面是静止的
D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,但卫星相对地球表面是运动的
(BCD)
课堂练习
5、北京时间2021年4月29日11时23分,天和核心舱发射升空,标志着中国空间站“在轨组装建造”全面展开。天和核心舱环绕地球的运动可近似为匀速圆周运动,其绕地球运行的轨道半径小于人造卫星的轨道半径。则(  )
A.天和核心舱的周期大于地球自转周期
B.天和核心舱的轨道平面一定与赤道平面重合
C.天和核心舱的线速度大于7.9km/s
D.天和核心舱的角速度大于地球自转的角速度
D
课堂练习
6、如图所示,A为静止于地球赤道上的物体,B为绕地球椭圆轨道运行的卫星,C为绕地球做圆周运动的卫星,P为B、C两卫星轨道的交点。已知A、B、C绕地心运动的周期相同,下列说法正确的是(  )
A.相对于地心,卫星C的运行速率等于物体A的速率
B.相对于地心,卫星C的运行速率小于物体A的速率
C.卫星B在P点的运行加速度等于卫星C在该点的运行加速度
D.卫星B在P点的运行加速度大于卫星C在该点的运行加速度
C
课堂练习
7、(2022·北京·清华附中高一期末)研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在相比(  )
A.距地球的高度变大
B.向心加速度变大
C.线速度变大
D.加速度变大
A
课堂练习
8、中国北斗卫星导航系统(简称 BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继美国 GPS、俄罗斯 GLONASS 之后的第三个成熟的卫星导航系统。第三代北斗导航系统一共由 35 颗卫星组成。5 颗地球同步静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星组成。35 颗卫星在离地面 2 万多千米的高空上,以固定的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到 4 颗以上的卫星。北斗导航卫星与近地轨道(低于 2000 km)卫星相比( )
A.线速度更大 B.周期更长
C.角速度更大 D.向心加速度更大
B
课堂练习

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