宇宙航行.docx

第五节 宇宙航行学案一学习目标：1. 会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度3)第二宇宙速度 (脱离速度 )2了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或了解经典力学的发展历程和伟大成就，知道经典力学与相对论、量子力学的关绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为vkm/s.3系3第三宇宙速度重点难点：宇宙速度及推导过程。(1)大小： _ km/s自主探究(2)意义：使卫星挣脱 _引力束缚的最小地面发射速度一、宇宙速度(3)第三宇宙速度 (逃逸速度 )1第一宇宙速度在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间(1)大小： _ km/s所必需的最小速度，其大小为vkm/s.(2)意义：卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的速特别提醒： (1)第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度度(2)三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的最小发射速度使卫星绕地球做匀速圆周运动的地面发射速度(3)运行速度为人造卫星做匀速圆周运动的环绕速度其不同于发射速度二互动交流课堂展示： 1.第一宇宙速度大小：km/s，是绕地球做圆周运动的最（一）宇宙速度大速度，是卫星发射的速度宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发射速度，不能理解成卫星的运行速度2. 第二宇宙速度大小： _ km/s,使卫星挣脱 _引力束缚的地面发射速度1第一宇宙速度 (环绕速度 )的推导过程3.第三宇宙速度大小： _ km/s,使卫星挣脱 _引力束缚的最小地面发射速度设地球质量为 M ，卫星质量为 m，卫星到地心的距离为 r，求卫星做匀速圆周运动例 1美国“新地平线”号探测器，已于美国东部时间2006 年 1 月 17 日 13 时 (北的线速度为 v，京时间 18 日 1 时)借助“宇宙神 5”重型火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空， 开始长达 9 年的飞向冥王星的太空之旅 拥有 3 级发动机的“宇宙神 5”重型火箭将以每小时5.76 万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球，这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射的速度最高的飞行器，这一速度()A大于第一宇宙速度B大于第二宇宙速度C大于第三宇宙速度D小于并接近于第三宇宙速度在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力(地达标检测：球半径 R、地面重力加速度g 已知 )课本 48 页2第二宇宙速度(1)大小： _ km/s(2)意义：使卫星挣脱 _引力束缚的地面发射速度1第五节宇宙航行学案二学习目标：1. 会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度2了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点3了解经典力学的发展历程和伟大成就，知道经典力学与相对论、量子力学的关系重点难点：人造卫星的有关问题及地球同步卫星的特点自主探究一、人造卫星的线速度公式 v 人造卫星的角速度公式 =人造卫星的周期公式T=互动交流二、人造地球卫星1人造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， 地球对卫星的万有引力指向地心而做匀速圆周运动的物体的向心力则时刻指向它做圆周运动的圆心 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点上空的极地轨道 当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨道， 只要圆心在地心， 就可能是卫星绕地球运行的圆轨道如图 6 5 1.图 651人造卫星的运行规律(1)人造卫星的运行速率v ，即为人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的线速度就；当时，卫星绕地面运行，vGM 7.9 km/s，这是第一宇宙速度，也是卫星绕地球做圆周运动的环绕R速度(2) 人造卫星的角速度，即为人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的角速度就；速度(3)人造卫星的运行周期T.说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的周期就，当 rR 时， T，这是卫星绕地球做圆周运动时所需的最短时间特别提醒： (1)在处理卫星的 v、T 与半径 r 的关系问题时， 常用公式“ gR2 GM ” 来替换出地球的质量 M ，会使问题解决起来更方便又叫“黄金代换”(2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提供了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态三、地球同步卫星1、同步卫星同步卫星就是相对于地球_的卫星，它只能处于_上空，它的运动周期是_.2、相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星同步卫星有以下几个特点：(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且T24 h.(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方(5)同步卫星高度固定不变3、所有同步卫星的周期T、轨道半径 r、环绕速度 v、角速度 及向心加速度 a 的大小均相同由GMm22知 r3 GMT2一定，故不变，而，为离地面r2mr( T )2由于TrrRh4.h3GMT2又因22的高度，h2gR，代入数据 T24 h86400 s，g 取 9.8 m/s ，4R.GMR 6400 km，得 h3.6104 km.课堂展示：人造卫星的特点：同步卫星的特点：2达标检测1(2011 年高考广东卷 )已知地球质量为M ，半径为 R，自转周期为 T，地球同步卫星质量为 m，引力常量为 G.有关同步卫星，下列表述正确的是()3GMT 2A卫星距地面的高度为24B卫星的运行速度小于第一宇宙速度MmC卫星运行时受到的向心力大小为G R2D卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度2.变式训练 1我国发射的“嫦娥2 号”探月卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表11面已知月球的质量约为地球质量的81，月球半径约为地球半径的 4，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A 0.4 km/sB1.8 km/sC 11 km/sD 36 km/s3.宇宙飞船在半径为R1 的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1R2，宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的()A线速度变小B角速度变小C周期变大D向心加速度变大4. (2011 年高考山东卷 )甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道以下判断正确的是 ( ) A甲的周期大于乙的周期B乙的速度大于第一宇宙速度C甲的加速度小于乙的加速度D甲在运行时能经过北极的正上方变式训练 3同步卫星离地心距离为r，运行速率为 v1，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，则下列比值正确的是 ()a1 ra1( r 2v1 rv R1A. a2 RB.a2 R)C. v2RD.v 2r3