人造衛(wèi)星宇宙速度課前自主學案一、人造衛(wèi)星1．衛(wèi)星是一些自然的或人工的在太空中繞行星運動的物體．2．人造衛(wèi)星用于通信、導航、收集氣象數(shù)據(jù)和其他許多領(lǐng)域內(nèi)的科學研究．二、宇宙速度1．第一宇宙速度：使衛(wèi)星能環(huán)繞地球運行所需的_____發(fā)射速度，其大小為v1＝__________，又稱環(huán)繞速度．2．第二宇宙速度：使人造衛(wèi)星脫離_____的引力束縛，不再繞_____運行，從_____表面發(fā)射所需的最小速度，其大小為v2＝__________，又稱脫離速度．3．第三宇宙速度：使物體脫離太陽的束縛而飛離太陽系，從地球表面發(fā)射所需的最小速度，其大小為v3＝_________，也叫逃逸速度．最小7.9

km/s地球地球地球11.2

km/s16.7

km/s思考感悟如果要發(fā)射一個火星探測器，試問這個探測器將大體以多大的速度從地球上發(fā)射？提示：火星探測器繞火星運動，脫離了地球的束縛，但沒有掙脫太陽的束縛，因此它的發(fā)射速度應在第二宇宙速度和第三宇宙速度之間，即11.2km/s<v<16.7km/s.核心要點突破特別提醒：(1)第一宇宙速度是最大運行速度，也是最小發(fā)射速度．(2)三個宇宙速度分別為在三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度．即時應用

(即時突破，小試牛刀)1.關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是(

)A．它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B．它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運行速度C．它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D．它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時在遠地點的速度解析：選BC.如果衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度等于第一宇宙速度，那么它將做勻速圓周運動，不會做橢圓運動．二、人造地球衛(wèi)星1.圖3－4－1人造衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心．而做勻速圓周運動的物體的向心力則時刻指向它做圓周運動的圓心．因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極點上空的極地軌道．當然也應存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只要圓心在地心，就可能是衛(wèi)星繞地球運行的圓軌道．如圖3－4－1所示．特別提醒：(1)在處理衛(wèi)星的v、ω、T與半徑r的關(guān)系問題時，常用公式“gR2＝GM

”來替換出地球的質(zhì)量M會使問題解決起來更方便．(2)由于衛(wèi)星在軌道上運動時，它受到的萬有引力全部提供了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài)．即時應用

(即時突破，小試牛刀)2.我們國家在1986年成功發(fā)射了一顆實用地球同步衛(wèi)星，從1999年至今已幾次將“神舟”號宇宙飛船送入太空．在某次實驗中，飛船在空中飛行了36h，環(huán)繞地球24圈．那么，同步衛(wèi)星與飛船在軌道上正常運轉(zhuǎn)相比較(

)A．衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期比飛船大B．衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速率比飛船大C．衛(wèi)星運轉(zhuǎn)加速度比飛船大D．衛(wèi)星離地高度比飛船大解析：選AD.根據(jù)飛船36h，環(huán)繞地球24圈，可知飛船的周期小于同步衛(wèi)星的周期，根據(jù)萬有引力提供向心力，可知A、D正確．三、地球同步衛(wèi)星1．概念：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通信衛(wèi)星．2．特點(1)同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致．(2)同步衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24h.(3)同步衛(wèi)星的運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度(4)同步衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬有引力提供的，萬有引力必須在軌道平面上，所以同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方．特別提醒：(1)所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同.(2)所有國家發(fā)射的同步衛(wèi)星的軌道都與赤道為同心圓，它們都在同一軌道上運動且都相對靜止．即時應用

(即時突破，小試牛刀)3.關(guān)于地球的同步衛(wèi)星下列說法正確的是(

)A．所有地球的同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方，但不一定在同一個圓周上B．所有地球的同步衛(wèi)星離地面的高度相同，但不一定位于赤道的正上方C．所有地球的同步衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期一定相等D．所有地球的同步衛(wèi)星的向心加速度大小相等解析：選D.所有同步衛(wèi)星都位于地球赤道的正上方的同一個圓周軌道上，顯然選項A、B是不對的．又因向心加速度、線速度為矢量，盡管所有的同步衛(wèi)星的向心加速度的大小、線速度的大小、角速度和周期都相等，但是向心加速度和線速度的方向不相同，因此選項C也不對，只有選項D正確．課堂互動講練例1第一宇宙速度的計算

某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時間t物體以速率v落回手中，已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度．【思路點撥】第一宇宙速度是環(huán)繞星球表面運行的速度，即對應的軌道半徑為該星球的半徑，且重力就等于星球?qū)ζ涞娜f有引力．變式訓練1若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星的質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為(

)A．16km/s

B．32km/sC．4km/sD．2km/s人造衛(wèi)星的運行規(guī)律例2圖3－4－2【思路點撥】在人造衛(wèi)星運動過程中，萬有引力提供了所需的向心力，由此根據(jù)牛頓定律列出方程來判斷．【答案】

C變式訓練2

(2011年高考山東理綜卷)甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星