1、5.4 飛出地球去（一）,學(xué)習(xí)目標定位,知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度.,了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系,了解我國衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情.,知識儲備區(qū),一、17.9 km/s,211.2km/s 3. 16.7km/s,二、 前蘇聯(lián) 美國 阿姆斯特朗 “東方紅”1號 楊利偉 火星,學(xué)習(xí)探究區(qū),一、三個宇宙速度,二、人造地球衛(wèi)星的運動特點,三、同步衛(wèi)星,一、宇宙速度,問題設(shè)計,牛頓曾提出過一個著名的思想實驗：如圖所示， 從高山上水平拋出一個物體，當拋出的速度足 夠大時，物體將環(huán)繞地球運動，成為人造地球 衛(wèi)星據(jù)此思考并討論以下問題

2、：,答案當拋出速度較小時，物體做平拋運動 當物體剛好不落回地面時，物體做勻速圓周運動,(1)當拋出速度較小時，物體做什么運動？ 當物體剛好不落回地面時，物體做什么運動？,一、宇宙速度,問題設(shè)計,(2)若地球的質(zhì)量為M，物體到地心的距離為r，引力常量為G，試推導(dǎo)物體剛好不落回地面時的運行速度 若物體緊貼地面飛行，其速度大小為多少？(已知地球半徑R6 400 km，地球質(zhì)量M5.981024 kg),萬有引力提供向心力,物體做勻速圓周運動,答案,解得,Rr,要點提煉,宇宙速度是地球上滿足不同要求的衛(wèi)星發(fā)射速度,1第一宇宙速度v7.9 km/s (1)推導(dǎo),方法一：由 得,方法二：由 得,(2)理解

3、：第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的 發(fā)射速 度,繞地球做勻速圓周運動的 運行速度,最小,最大,要點提煉,宇宙速度是地球上滿足不同要求的衛(wèi)星發(fā)射速度,2第一宇宙速度v km/s，是從地面上發(fā)射物體并使之脫離 束縛的 發(fā)射速度，又稱脫離速度,11.2,地球,最小,3第一宇宙速度v km/s，是從地面上發(fā)射物體并使之脫離 束縛的 發(fā)射速度，又稱逃逸速度,16.7,太陽,最小,二、人造地球衛(wèi)星的運動特點,如圖所示，圓a、b、c的圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上b、c的圓心與地心重合，衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動，據(jù)此思考并討論以下問題：,問題設(shè)計,(1)三條軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪條？為什么？,答案 b、c軌道

4、都可以，a軌道不可以,萬有引力提供向心力,地心為圓心,萬有引力是始終指向地心的，故衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力必須指向地心，因此b、c軌道都可以。,二、人造地球衛(wèi)星的運動特點,如圖所示，圓a、b、c的圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上b、c的圓心與地心重合，衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動，據(jù)此思考并討論以下問題：,問題設(shè)計,(2)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，根據(jù)萬有引力定律和 向心力公式推導(dǎo)衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌 道半徑的關(guān)系,答案,萬有引力提供向心力,地心為圓心,所以,1所有衛(wèi)星的軌道平面過 ,要點提煉,地心,2衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期與軌道半徑的 關(guān)系，根據(jù)萬有引力提供衛(wèi)星繞地球運動的

5、向心力，即有：,ma m2rm r,(1)a ，r越大，a越 ,(2)v ，r越大，v越 ,(3) ，r越大，越 ,(4)T ，r越大，T越 ,小,小,小,大,三、同步衛(wèi)星,問題設(shè)計,同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星，它相對于地面靜止，和地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期，即T24 h 已知地球的質(zhì)量M61024 kg，地球半徑 R6 400 km，引力常量G6.67 1011 Nm2/kg2.請根據(jù)以上信息以及所學(xué)知識探究：,找找哪一顆是同步衛(wèi)星,(1)同步衛(wèi)星所處的軌道平面,答案只有在赤道上方，相對地球靜止的衛(wèi)星，才是同步衛(wèi)星,萬有引力提供向心力,三、同步衛(wèi)星,問題設(shè)計,同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星，它相對于地面靜止，和

6、地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期，即T24 h 已知地球的質(zhì)量M61024 kg，地球半徑R6 400 km，引力常量G6.671011 Nm2/kg2.請根據(jù)以上信息以及所學(xué)知識探究：,(2)同步衛(wèi)星的離地高度h.,答案,找找哪一顆是同步衛(wèi)星,代入數(shù)據(jù)得： h3.6107 m,1定軌道平面：所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面均在 赤道平面內(nèi),要點提煉,2定周期：運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T24 h.,3定高度(半徑)：離地面高度為36 000 km.,4定速率：運行速率為3.1103 m/s.,一、宇宙速度的理解,典例精析,例1我國發(fā)射了一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表

7、面已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的 ，月球的半徑約為地球半徑的 ，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速率約為() A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D. 36 km/s,B,例2某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時間t后，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的大小,典例精析,解析 據(jù)勻變速的規(guī)律，該星球表面的重力加速度,由牛頓第二定律:,一、宇宙速度的理解,星球的第一宇宙速度:,思路分析,二、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律,例3如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造衛(wèi)星，a和b的質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)

8、量，則() Ab所需向心力最小 Bb、c的周期相等且大于a的周期 Cb、c的向心加速度大小相等，且大于 a的向心加速度 Db、c的線速度大小相等，且小于a的 線速度,典例精析,ABD,三、對同步衛(wèi)星規(guī)律的理解及應(yīng)用,例4我國“中星11號”商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆同步衛(wèi)星，它定點于東經(jīng)98.2度的赤道上空，關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的是() A運行速度大于7.9 km/s B離地面高度一定，相對地面靜止 C繞地球運行的角速度比月球繞地球 運行的角速度大 D向心加速度與靜止在赤道上物體的 向心加速度大小相等,典例精析,近地衛(wèi)星的速度,三、對同步衛(wèi)星規(guī)律的理解及應(yīng)用,例4我國“中星11號”商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆同

9、步衛(wèi)星，它定點于東經(jīng)98.2度的赤道上空，關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的是() A運行速度大于7.9 km/s B離地面高度一定，相對地面靜止 C繞地球運行的角速度比月球繞地球 運行的角速度大 D向心加速度與靜止在赤道上物體的 向心加速度大小相等,典例精析,近地衛(wèi)星的速度,BC,課堂要點小結(jié),飛出地球去,最小發(fā)射速度（最大環(huán)繞速度）,v7.9 km/s,求法：地面附近，萬有引力提供向心力,v11.2 km/s,v16.7 km/s,向心加速度、線速度、角速度、周期隨軌道半徑的變化規(guī)律,五個一定(線速度、角速度、周期、離地高度、軌道平面一定),自我檢測區(qū),1,2,3,1 (對宇宙速度的理解)恒星演化發(fā)

10、展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”中子星中子星的半徑較小，一般在720 km，但它的密度大得驚人若某中子星的半徑為10 km，密度為1.21017 kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為() A6.0 km/s B3.0102 km/s C3.0103 km/s D6.0104 km/s,1,2,3,建模：,D,中子星上的第一宇宙速度即為它表面的環(huán)繞速度,2(人造衛(wèi)星運動的規(guī)律)人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的速率v ，其中g(shù)為地面處的重力加速度，R為地球半徑，r為衛(wèi)星離地球中心的距離下列說法正確的是() A從公式可見，環(huán)繞速度與軌道半徑的 平方根成反比 B從公式可見，把人造衛(wèi)星發(fā)射到越遠

11、的地方越容易 C由第一宇宙速度公式v 知衛(wèi)星軌 道半徑越大，其運行速度越大 D以上答案都不對,1,2,3,R為地球半徑，而非軌道半徑,1,2,3,3(人造衛(wèi)星運動的規(guī)律)如圖所示，在同一軌道平面上的幾個人造地球衛(wèi)星A、B、C繞地球做勻速圓周運動，某一時刻它們恰好在同一直線上，下列說法中正確的是() A根據(jù)v 可知，運行速度滿 足vAvBvC B運轉(zhuǎn)角速度滿足ABC C向心加速度滿足aAaBaC D運動一周后，A最先回到圖示位 置,5.4 飛出地球去（二）,學(xué)習(xí)目標定位,掌握解決天體運動問題的思路和方法.,理解赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星的區(qū)別,會分析衛(wèi)星(或飛船)的變軌問題.,掌握雙星的運動特

12、點及其問題的分析方法.,知識儲備區(qū),一、1質(zhì)量m1和m2的乘積 距離r的二次方,二、1球體 球體的半徑 衛(wèi)星圍繞天體做圓周運動的圓 的半徑 大于等于,2天體繞自身軸線運動一周所用的時間 衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動一周所用的時間 不相等,學(xué)習(xí)探究區(qū),一、分析天體運動問題的思路,二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動量的比較,三、人造衛(wèi)星的變軌問題,四、雙星問題,一、分析天體運動問題的思路,解決天體運動問題的基本思路,行星或衛(wèi)星的運動一般可看作勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研究天體運動時可建立基本關(guān)系式：,式中a是向心加速度,萬有引力提供行星或衛(wèi)星做圓周運動的向心力：

13、,可得v、T與半徑r的關(guān)系,一、分析天體運動問題的思路,解決天體運動問題的基本思路,1.,萬有引力提供行星或衛(wèi)星做圓周運動的向心力，可得v、T與半徑r的關(guān)系,行星或衛(wèi)星的運動一般可看作勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研究天體運動時可建立基本關(guān)系式：,一、分析天體運動問題的思路,解決天體運動問題的基本思路,2.忽略自轉(zhuǎn)mg ，即物體在天體表面時受到的引力等于物體的重力,此式兩個用途：,黃金代換式GMgR2.,求星體表面的重力加速度 ，從而把萬有引力定律與運動學(xué)公式結(jié)合解題,行星或衛(wèi)星的運動一般可看作勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，所以研

14、究天體運動時可建立基本關(guān)系式：,例1地球半徑為R0，地面重力加速度為g，若衛(wèi)星在距地面R0處做勻速圓周運動，則() A衛(wèi)星速度為 B衛(wèi)星的角速度為 C衛(wèi)星的加速度為 D衛(wèi)星周期為2,AB,一、分析天體運動問題的思路,r=2R0,二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動量的比較,赤道上的物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都近似做勻速圓周運動，當比較它們的向心加速度、線速度及角速度(或周期)時，要注意找出它們的共同點，然后再比較各物理量的大小,1赤道上的物體與同步衛(wèi)星具有相同的角速度和周期，如同一圓盤上不同半徑的兩個點，由vr和a2r可分別判斷線速度，向心加速度的關(guān)系,二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動量的比

15、較,赤道上的物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都近似做勻速圓周運動，當比較它們的向心加速度、線速度及角速度(或周期)時，要注意找出它們的共同點，然后再比較各物理量的大小,2不同軌道上的衛(wèi)星向心力來源相同，即萬有引力提供向心力，由,可分別得到,故可以看出，軌道半徑越大，a、v、越小，T越大,例2如圖所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運動設(shè)e、p、q的圓周運動速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則() Av1v2v3 Bv1v2v3 Ca1a2a3 Da1a3a2,二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動量的比較,p、q為衛(wèi)星,e、q具有

16、相同的角速度,例2如圖所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運動設(shè)e、p、q的圓周運動速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則() Av1v2v3 Bv1v2v3 Ca1a2a3 Da1a3a2,D,二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動量的比較,p、q為衛(wèi)星,e、q具有相同的角速度,三、人造衛(wèi)星的變軌問題,1衛(wèi)星在圓軌道上做勻速圓周運動時， 成立,2衛(wèi)星變軌時，是線速度v發(fā)生變化導(dǎo)致需要的向心力發(fā)生變化，進而使軌道半徑r發(fā)生變化,(1)當人造衛(wèi)星減速時，衛(wèi)星所需的向心力F向 減小，萬有引力大于所需的向心力，衛(wèi)星將做近心運動，向

17、低軌道變遷,(2)當人造衛(wèi)星加速時，衛(wèi)星所需的向心力F向 增大，萬有引力 小于所需的向心力，衛(wèi)星將做離心運動，向高軌道變遷,三、人造衛(wèi)星的變軌問題,3衛(wèi)星到達橢圓軌道與圓軌道的切點時，衛(wèi)星受到的萬有引力相同，所以加速度相同,4飛船對接：兩飛船對接前應(yīng)處于高、低不同的軌道上，目標船處于較高軌道，在較低軌道上運動的對接船通過合理地加速，做離心運動而追上目標船與其完成對接,例32013年5月2日凌晨0時06分，我國“中星11號”通信衛(wèi)星發(fā)射成功“中星11號”是一顆地球同步衛(wèi)星，它主要用于為亞太地區(qū)等區(qū)域用戶提供商業(yè)通信服務(wù)圖為發(fā)射過程的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火，使其沿橢圓軌道2

18、運行，最后再一次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，則當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是() A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度 C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的速度大于它在軌道2 上經(jīng)過Q點時的速度 D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的速度小于它在軌道3 上經(jīng)過P點時的速度,三、人造衛(wèi)星的變軌問題,D,點火加速,點火加速,四、雙星問題,1雙星：兩個離得比較近的天體，在彼此間的引力作用下繞兩者連線上的一點做圓周運動，這樣的兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星,2雙星問題的特點,(1)兩星的運動軌道為同心圓，圓心是它們之間連線上的某一點,(2)兩星的向心力大小相等，由它們間的萬有引力提供,(3)兩星的運動周期、角速度相同,(4)兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1r2L,3雙星問題的處理方法：雙星間的萬有引力提供了它們做圓周運動的向心力，即,4