全日制高中物理 7.3人造衛(wèi)星 宇宙速度教學(xué)案 新人教版必修2

1、人造衛(wèi)星 宇宙速度學(xué)習(xí)目標(biāo): 1知道人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理和軌道。2知道三個(gè)宇宙速度。3掌握人造衛(wèi)星的周期、線速度、角速度跟其軌道半徑的關(guān)系。學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理和軌道。2人造衛(wèi)星的周期、線速度、角速度跟其軌道半徑的關(guān)系。學(xué)習(xí)難點(diǎn): 人造衛(wèi)星的周期、線速度、角速度跟其軌道半徑的關(guān)系。主要內(nèi)容:一、人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理和軌道 1運(yùn)行原理：2運(yùn)行軌道二、宇宙速度： 1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：2第二宇宙速度(脫離速度)： 3第三宇宙速度(逃逸速度)：三、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不周的概念。所謂發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一

2、旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升一定高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道。要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。若發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星只能“貼著”地面近地運(yùn)行，如果要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運(yùn)行，就必須使發(fā)射速度大于第一宇宙速度。 所謂運(yùn)行速度，是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度。根據(jù)知，人造衛(wèi)星距地面越高(即軌道半徑r越大)，運(yùn)行速度越小。實(shí)際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行速度一定小于發(fā)射速度。人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間的大小關(guān)系是：1 1

3、2kmy>v發(fā)79kms>v運(yùn)四、人造衛(wèi)星繞行線速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系 1線速度與半徑的關(guān)系：2角速度與半徑的關(guān)系：3周期與半徑的關(guān)系：由五、地球同步衛(wèi)星 所謂地球同步衛(wèi)星，是相對(duì)地面靜止的跟地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星。衛(wèi)星要與地球自轉(zhuǎn)同步，必須滿足下列條件： 1衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，且衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球 自轉(zhuǎn)周期相同(即等于24h)。 2衛(wèi)星運(yùn)行的圓形軌道必須與地球的赤道平面重合。 3衛(wèi)星的的軌道高度一定(距地面36萬公里)。【例一】關(guān)于第一宇宙速度，下面說法中正確的是： A它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小遮度 B它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度 C它

4、是能使衛(wèi)星進(jìn)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(yùn)動(dòng)時(shí)在近地點(diǎn)的速度 【例二】設(shè)地球半徑為R，一顆人造衛(wèi)星在離地面高度h=R的圓形軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行速度是第一宇宙速度的多少倍? 【例三】把一顆質(zhì)量為2t的人造地球衛(wèi)星送入環(huán)繞地球運(yùn)行的圓形軌道，已知地球質(zhì)量為6×1024kg，半徑為64×103km。這顆衛(wèi)星運(yùn)行的周期是多少小時(shí)？ 【例四】假設(shè)同步1J星的軌道半徑足地球赤道半釋的胛倍，則： 彳·j司步1j暈的向心加速度足赤道上物體m山加速度的(起+1)倍 B·J司步1j星的向心加速度足赤道上物體向一心加速度的胛倍 c-J刮步Ii星的向心加速

5、度足赤道上物體向心加速度的三倍 D·J司步_l丁星的向心加速度足赤道上物體重力加速度的以倍課堂訓(xùn)練l_ LLtfJ星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則離地面越近的衛(wèi)星，其( )(A)速度越大 B角速度越大 c向心加速度越大 D周期越長r當(dāng)人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周爿定等于79千米秒C·定大于79千米秒運(yùn)動(dòng)時(shí)，其繞行速度( )B·定小于79干米秒；，D介十7。9112 T米秒：+然焉湍?黼蓊供B宇航鼬覺處于失重狀態(tài)4+凡審艙做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)λ囊π?·r子凱貝瑟r見處了大里1八芯裂內(nèi)篙無4熱蝴蝴寸了D1984 8 鎰瓣景篷基公轉(zhuǎn)觚跟4我國在 年 月 目成

6、功地發(fā)射了顆通汛1_J星，這顆Ii星繞地球公轉(zhuǎn)嗣用逐廈叫業(yè)健地球自轉(zhuǎn)的角速度u2之比ul“2=只然半徑為R。，地球表面處的重力加速度為g，一顆人造j星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，1。地球的半徑為o，地球表面處的重力加速度為 ，一顆人造lJ星圍繞地壞1取劊避圓刷垤列A：瞳星的速度大小為 曰一p星的角速度大小為c衛(wèi)星的加速度大小為g2 Dp星的運(yùn)動(dòng)周期芫2兩顆人造衛(wèi)星4和B的質(zhì)量之比為1：2，它們的軌道半釋之比為3：1，-a,-JWJ,fr恰好-與地球在同一條直線上，q。知兩顆p星的( )爿線速度之比v4：v曠1：3 B向心加速度之比吼：盤片。1：3C向心力之比幾：凡：1：1 8 D周期之比乃：3-1

7、 。 3桑人造地球衛(wèi)星離地面高度等于地球的直徑，它繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的廠uj心加速度(以米秒。為單位)最接近于以下四個(gè)數(shù)值中的( )A5 B1C05。D、0。1。r'-r'-r'-r'-r-E，豐=窗訕丙M宣離p書帚刊FI碲的I坐裕 LrT#爿、 厶 且 ，0#=一，tj4拍rtn r們旦rt中 工J訴市十“。P、I撲：巴4午4Jfj m表不地琳迥。mI一星Ll口J少Ii生flu)Y4儀小b網(wǎng)?！啊睍纭耙?。鰳表示地球表面的重力加速度，緲0表示地球目轉(zhuǎn)的角速度，則像l!壁所義削地球刈匕馴。伺引力的大小為( )5地球半徑為R，地面的重力加速度為g，某小星距地面的高

8、度也為R，設(shè)衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是( )彳星的線速度為 Bp星的角速度為Cp星的加速度為DjIJ望的周期為6環(huán)繞地球。做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，距地面高度越大，彳線速度和周期越大 B線逐度午周期越小C線速度越大，周期越小D線速度越小，周期越大7如果地球自轉(zhuǎn)速度加快以使赤道上的物體能克服地球引力以下說法中正確的是( )叮脫離地面飄浮起來，這時(shí)地球自轉(zhuǎn)的最大周期p(地球半徑為尺，地面重力加速度為g)8已知地球半徑約為64×106m，又知月球繞地球的運(yùn)動(dòng)可近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則可估算出月球到地心的距離約為 m。(結(jié)果只保留一位有效數(shù)字)9如果有一個(gè)行星質(zhì)量是地球的l8，半徑

9、是地球半釋的12。求在這一行星上發(fā)射衛(wèi)星的環(huán)繞速度。10甲、乙兩顆人造地球衛(wèi)星在同一軌道平面上的不同高度處同向運(yùn)動(dòng)(可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng))，甲距地面的高度為地球半徑的O5倍，乙距地面的高度為地球半徑的5倍，兩衛(wèi)星的某一時(shí)刻正好位于地球表面某點(diǎn)的正上空，求： (1)兩衛(wèi)星運(yùn)行的線速度之比?(2)乙衛(wèi)星至少要經(jīng)過多少周期，兩衛(wèi)星間的距離才會(huì)達(dá)到最大?11無人飛船“神州二號(hào)”曾在離地面高度為H=34×105m的圓軌道上運(yùn)行了47小時(shí)。求在這段時(shí)間內(nèi)它繞行地球多少圈?(地球半徑R=637×106m，重力加速度g=98ms2)閱讀材料：靜止衛(wèi)星為何要多次點(diǎn)火1997年5月12日O時(shí)，我

10、國新一代通信衛(wèi)星東方紅三號(hào)由長征三號(hào)甲火箭發(fā)射升空。東方紅三號(hào)衛(wèi)星升空后首先進(jìn)入了近地點(diǎn)高209km、遠(yuǎn)地點(diǎn)高36194km、傾角283的地球同步轉(zhuǎn)移軌道當(dāng)日下午4時(shí)，衛(wèi)星上490牛推力的遠(yuǎn)地總發(fā)動(dòng)機(jī)第一次點(diǎn)火，50分鐘后，衛(wèi)星變軌成功，其近地點(diǎn)提高到6488km，傾角減少到l 2.3(遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為36194km不變)5月13日、14日，在西安衛(wèi)星測控中心控制下，衛(wèi)星上遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)又先后兩次點(diǎn)火，衛(wèi)星順利進(jìn)入地球準(zhǔn)同步軌道此后，用衛(wèi)星上l O牛推力器進(jìn)行位置捕獲，使衛(wèi)星于5月20日定點(diǎn)在東經(jīng)125的赤道上空。為什么該衛(wèi)星要經(jīng)3次變軌及位置捕獲才能定點(diǎn)工作呢?這是由于地球靜止軌道高度約3586O

11、km，且軌道傾角為0(在該軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，從地球上看好像是不動(dòng)的，衛(wèi)星運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等)。要把衛(wèi)星送到這個(gè)高度，并使衛(wèi)星以307kms同步速度運(yùn)行，這就要求火箭能夠達(dá)到1O4kms的速度它已接近第二宇宙速度(112kms)，一般火箭很難“一步到位”，再因發(fā)射場不在赤道上，所以通常須進(jìn)行多次變軌才能進(jìn)入預(yù)定的地球靜止軌道。 我國發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星一般是這樣的：用火箭把衛(wèi)星送入約近地點(diǎn)200km、遠(yuǎn)地點(diǎn)36OOOkm、傾角285的橢圓形軌道衛(wèi)星在運(yùn)行到遠(yuǎn)地點(diǎn)附近時(shí)，幾次用衛(wèi)星上遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)變軌，不斷抬高近地點(diǎn)高度，使橢圓形軌道逐漸拉高為距地面高36000砌的圓軌道衛(wèi)星進(jìn)入準(zhǔn)同步軌道后，靠星上小推力器向定點(diǎn)位置飄移，并調(diào)整軌道的各個(gè)參數(shù)使衛(wèi)星的軌道傾角接近零，軌道周期接近于地球自轉(zhuǎn)周期衛(wèi)星定點(diǎn)后還要進(jìn)行定點(diǎn)保持由于地球扁率和太陽光壓會(huì)引起衛(wèi)星在定點(diǎn)位置的東西方向上飄移，要克服這種飄移，使衛(wèi)星保持在定點(diǎn)位置的±O1。范圍，需用星上推力器不斷進(jìn)