1、成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 必修2,萬有引力與航天,第六章,第五節(jié)宇 宙 航 行,第六章,萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，不僅解決了天上行星的運(yùn)行問題，也為人們開辟了“上天”的理論之路。 1957年10月4日，前蘇聯(lián)用三級(jí)火箭發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“旅行者1號(hào)”，人類開始邁入航天時(shí)代。2008年9月25日，“神舟七號(hào)”飛船成功發(fā)射升空，9月27日下午，翟志剛出艙進(jìn)入太空行走。2013年12月4日，“嫦娥三號(hào)”在月球成功實(shí)現(xiàn)軟著陸，中華民族古老的“奔月”夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。,你是否考慮過物體以多大的速度環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)才能不再落回地面，而使其成為地球的一顆衛(wèi)星呢？,1牛頓的設(shè)想 如

2、圖所示，當(dāng)物體的_足夠大時(shí)，它將會(huì)圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地球表面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的_。,人造地球衛(wèi)星,初速度,人造地球衛(wèi)星,勻速圓周,萬有引力,宇宙速度,7.9,勻速圓周運(yùn)動(dòng),11.2,地球,16.7,太陽,最小,1957年10月_成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星； 1969年7月美國“阿波羅11號(hào)”登上_； 2003年10月15日我國航天員_踏入太空。 2008年9月27日我國航天員_太空行走； 2013年6月20日我國航天員_首次太空授課。,夢(mèng)想成真,前蘇聯(lián),月球,楊利偉,翟志剛,王亞平,2第二宇宙速度(脫離速度) (1)大?。簐211.2km/s (2)物理意義：衛(wèi)星脫離地球引力的束縛，成為

3、繞太陽運(yùn)動(dòng)的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度。 3第三宇宙速度(逃逸速度) (1)大?。簐316.7km/s (2)物理意義：衛(wèi)星脫離太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度。,特別提醒： (1)第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度，也是最小發(fā)射速度。 (2)當(dāng)在地面上以7.9km/sv11.2km/s的速度發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，該衛(wèi)星的軌道是橢圓，地球位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 (3)三個(gè)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。,(日照市重點(diǎn)高中20142015學(xué)年高一下學(xué)期聯(lián)考)已知地球的半徑為6.4106m ，地球自轉(zhuǎn)的角速度為7.29105rad/s，地面的重

4、力加速度為9.8m/s2，在地球表面發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度為7.9103m/s，第三宇宙速度為16.7103m/s，月球到地球中心的距離為3.84108m，假設(shè)地球赤道上有一棵蘋果樹長到了接近月球那么高，則當(dāng)蘋果脫離蘋果樹后，將(),A落向地面 B成為地球的同步“蘋果衛(wèi)星” C成為地球的“蘋果月亮” D飛向茫茫宇宙 答案：D 解析：將地球自轉(zhuǎn)角速度，蘋果到地心的距離r代入vr，解得v28km/s大于第三宇宙速度16.7km/s，所以D選項(xiàng)正確。,二、人造地球衛(wèi)星 1衛(wèi)星的軌道 (1)衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道。 (2)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，其

5、周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律。 (3)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)行時(shí)，由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，而萬有引力指向地心，所以地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心。,(4)三類人造地球衛(wèi)星軌道： A赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道所在平面上，衛(wèi)星始終處于赤道上方； B極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空； C一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。如圖所示。,特別提醒： 不管衛(wèi)星沿一個(gè)什么樣的軌道運(yùn)動(dòng)，地心一定處于衛(wèi)星軌道所在的平面上。,“嫦娥二號(hào)”已于2010年10月1日發(fā)射，其環(huán)月飛行的高度距離月球表面100km，所探測(cè)到的有關(guān)月球的數(shù)據(jù)將比環(huán)月飛行高度為200km的“

6、嫦娥一號(hào)”更加翔實(shí)。若兩顆衛(wèi)星環(huán)月的運(yùn)行均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道如圖所示。則(),A“嫦娥二號(hào)”環(huán)月運(yùn)行的周期比“嫦娥一號(hào)”更小 B“嫦娥二號(hào)”環(huán)月運(yùn)行的線速度比“嫦娥一號(hào)”更小 C“嫦娥二號(hào)”環(huán)月運(yùn)行的角速度比“嫦娥一號(hào)”更小 D“嫦娥二號(hào)”環(huán)月運(yùn)行的向心加速度比“嫦娥一號(hào)”更大 答案：AD,三、地球同步衛(wèi)星 1概念 相對(duì)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(diǎn) (1)周期一定：它的運(yùn)動(dòng)周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期T24h。 (2)角速度一定：同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。,(3)軌道一定：所有同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同，即同步衛(wèi)星都在同

7、一軌道上隨地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道離地面的高度約為3.59104km。 (4)環(huán)繞速度大小一定：所有同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度的大小是一定的，約為3.08km/s。 (5)向心加速度大小一定：所有同步衛(wèi)星由于到地心距離相同，所以，它們繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小都相同，約為0.23m/s2。,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(yùn)動(dòng)且都相對(duì)靜止。,同步地球衛(wèi)星相對(duì)地面靜止不動(dòng)，猶如懸在高空中，下列說法正確的是(),A同步衛(wèi)星處于平衡狀態(tài) B同步衛(wèi)星的速率是唯一的

8、 C不同衛(wèi)星的軌道半徑都相同，且一定在赤道的正上方，它們以第一宇宙速度運(yùn)行 D它們可在我國北京上空運(yùn)行，故用于我國的電視廣播 答案：B 解析：根據(jù)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)知B正確，C、D錯(cuò)誤。同步衛(wèi)星在萬有引力作用下，繞地心作圓周運(yùn)動(dòng)，不是處于平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤。,四、衛(wèi)星中的超重與失重 1超重：發(fā)射時(shí)加速上升過程；返回大氣層時(shí)減速降低過程。 2失重：衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，衛(wèi)星本身和其中的人、物都處于完全失重狀態(tài)。 3衛(wèi)星中失效的物理儀器：凡工作條件或原理與重力有關(guān)的儀器都不能使用。,(原創(chuàng)題)“奮進(jìn)”號(hào)宇航員斯蒂法尼斯海恩派帕在一次太空行走時(shí)丟失了一個(gè)工具包，關(guān)于工具包丟失的原因可能是(),A宇航員松開了拿工

9、具包的手，在萬有引力作用下工具包“掉”了下去 B宇航員不小心碰了一下“浮”在空中的工具包，使其速度發(fā)生了變化 C工具包太重，因此宇航員一松手，工具包就“掉”了下去 D由于慣性，工具包做直線運(yùn)動(dòng)而離開了圓軌道 答案：B 解析：工具包在太空中，萬有引力提供向心力處于完全失重狀態(tài)，當(dāng)有其他外力作用于工具包時(shí)才會(huì)離開宇航員，B選項(xiàng)正確。,宇宙速度,金星的半徑是地球的0.95倍，質(zhì)量為地球的0.82倍。那么， (1)金星表面的自由落體加速度是多大？ (2)金星的第一宇宙速度是多大？,答案：(1)8.9m/s2(2)7.3km/s,某人在某星球上做實(shí)驗(yàn)，在星球表面水平放一長木板，在長木板上放一木塊 ，木板

10、與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，現(xiàn)用一彈簧測(cè)力計(jì)拉木塊。當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F時(shí)，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)木塊的加速度為a，木塊質(zhì)量為m，若該星球的半徑為R，則在該星球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度是多少？,衛(wèi)星的發(fā)射與變軌問題,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上的角速度小于在軌道1上的角速度 C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度 D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度,衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)Q點(diǎn)時(shí)的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，而在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故應(yīng)相等，同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上

11、經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度。 答案：BD,(青州實(shí)驗(yàn)中學(xué)20142015學(xué)年高一下學(xué)期期中)2013年12月14日，“嫦娥三號(hào)”探月衛(wèi)星從西昌成功發(fā)射，“嫦娥三號(hào)”飛行的路線示意圖如下圖，關(guān)于“嫦娥三號(hào)”相關(guān)的說法中，正確的是(),A在P點(diǎn)由a軌道轉(zhuǎn)變到b軌道時(shí)，速度必須變小 B在Q點(diǎn)由d軌道轉(zhuǎn)變到c軌道時(shí)，速度必須變小(不計(jì)嫦娥一號(hào)的質(zhì)量變化) C在b軌道上，P點(diǎn)速度比R點(diǎn)速度大 D嫦娥一號(hào)在a、b軌道上正常運(yùn)行時(shí)，通過同一點(diǎn)P時(shí)，加速度相等 答案：BCD 解析：在衛(wèi)星變軌問題中，當(dāng)從低軌道變到高軌道時(shí)，必須加速，反之則需減速，故A錯(cuò)誤，B正確；由開普勒第二定律可知選項(xiàng)C正確，由牛頓第二定律可知，D選項(xiàng)正確。,同步衛(wèi)星,據(jù)報(bào)道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)01星”于2008年4月25日在