高中物理 宇宙航行習題課件 新人教版必修2

1、宇宙航行宇宙航行（復習課）復習課）_Interplanetary Flight蒼山四中 高一物理組 閆明春知識點1宇宙速度美國有部電影叫光速俠，是說一個叫 Daniel Light 的家伙在一次事故后，發(fā)現(xiàn)自己擁有了能以光速奔跑的能力根據(jù)所學物理知識分析，如果光速俠要以光速從紐約跑到洛杉磯救人，可能實現(xiàn)嗎？ 圖 651提示：不可能實現(xiàn)當人或物體以大于第一宇宙速度的速度在地表運動時，會脫離地表，到達外太空，即在地表運動的速度不能超過 7.9 km/s.一、思考：一、思考： 若地球質(zhì)量未知，而知道地球表面的重力若地球質(zhì)量未知，而知道地球表面的重力加速度加速度 g=9.8m/s2， 地球半徑地球半徑

2、R=6400km,能否能否求出第一宇宙速度？求出第一宇宙速度？1第一宇宙速度：表達式為_或_，大小為_，它是衛(wèi)星最大的環(huán)繞速度，也是衛(wèi)星最小的發(fā)射速度. (環(huán)繞速度：指衛(wèi)星進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度)2第二宇宙速度：也叫脫離速度，大小為_，它表示當發(fā)射速度等于或大于此速度時，物體就會克服地球的引力，永遠離開地球16.7 km/s3第三宇宙速度：也叫逃逸速度，大小為_，它表示當發(fā)射速度等于或大于此速度時，物體就會掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外7.9 km/s11.2 km/s【例1】若取地球的第一宇宙速度為 8 km/s，某行星的質(zhì)量是地球的 6 倍，半徑是地球的 1.5 倍，這行星

3、的第一宇宙速度約為()A. 16 km/sB32 km/sC. 4 km/sD2 km/s答案：A探究：探究： 已知：地球質(zhì)量已知：地球質(zhì)量M，半徑，半徑R，衛(wèi)星距地，衛(wèi)星距地面高度面高度h，引力常量，引力常量G .探究衛(wèi)星的探究衛(wèi)星的v 、T與與高度高度h的關(guān)系的關(guān)系.二、人造地球衛(wèi)星二、人造地球衛(wèi)星地球地球動畫演示動畫演示“高軌低速長周期高軌低速長周期”T、v、與軌道半徑r大小關(guān)系 自己推導三量與軌道半徑關(guān)系式！ 原理：人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的向心力等于地球?qū)λ?萬有引力萬有引力 例2 如圖所示，a、b、c是大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同且小于c的質(zhì)量，下面說法中正

4、確的是( )Ab、c的線速度大小相等且大于a的線速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度Cb、c的周期相等且大于a的周期Db、c的向心力相等且大于a的向心力 答案：C 思考： 同步衛(wèi)星的周期多大？ 軌道半徑能否計算？那離地面的高度呢？ 同學們先推導公式！ 【針對訓練】3.同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星，則下面說法中正確的是() A它可以在地面上任一點的正上方，且離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值 B它可以在地面上任一點的正上方，但離地心的距離是一定的 C它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值 D它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的總結(jié)：地球同步衛(wèi)星

5、(1)同步衛(wèi)星：與地球同步轉(zhuǎn)動，又稱靜止衛(wèi)星(相對于地球表面靜止不動)或通信衛(wèi)星(2)同步衛(wèi)星的特點：周期 T、角速度與地球自轉(zhuǎn)的周期和角速度相同，T24 h.軌道確定：因為、T 與地球自轉(zhuǎn)的、T 相同，又在做勻速圓周運動，所以只能在赤道面上同地球自轉(zhuǎn)同步h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分鐘分鐘同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較思考：思考：人造衛(wèi)星在人造衛(wèi)星在低軌道上運行低軌道上運行，要想讓

6、其，要想讓其 在在高軌道上運行高軌道上運行，應采取什么措施？，應采取什么措施？在低軌道上加速，使其在低軌道上加速，使其沿橢圓軌道運行，當行沿橢圓軌道運行，當行至橢圓軌道的遠點處時至橢圓軌道的遠點處時再次加速，即可使其沿再次加速，即可使其沿高軌道運行。高軌道運行。. 三、變軌問題三、變軌問題22RMmGRmv122211,vRMmGRmv使使衛(wèi)星加速到222LMmGLmv2233vLMmGLmv，使使衛(wèi)星加速到例例3、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道圓軌道1，然后經(jīng)點火使其沿橢圓軌道，然后經(jīng)點火使其沿橢圓軌道2運行；最后再次運行；最

7、后再次點火將其送入同步圓軌道點火將其送入同步圓軌道3。軌道。軌道1、2相切于相切于P點，點，2、3相切于相切于Q點。當衛(wèi)星分別在點。當衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運行時，以上正常運行時，以下說法正確的是（下說法正確的是（ ） A、在軌道、在軌道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率 B、在軌道、在軌道3上的角速度上的角速度 小于小于1上的角速度上的角速度 C、在軌道、在軌道2上經(jīng)過上經(jīng)過Q點時點時 的速率等于在軌道的速率等于在軌道3上經(jīng)過上經(jīng)過Q點時的速率點時的速率 D、在軌道、在軌道1上經(jīng)過上經(jīng)過P點時的加速度等于在軌道點時的加速度等于在軌道2上上 經(jīng)過經(jīng)過P點時的加速度點時的加速度

8、QQP P231BD“嫦娥奔月嫦娥奔月” 圖圖(視頻視頻)16 例例4. 4. 20072007年年1010月月2424日日“嫦娥一號嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞繞地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：1212小時橢圓軌小時橢圓軌道道2424小時橢圓軌道小時橢圓軌道4848小時橢圓軌道小時橢圓軌道修正軌道修正軌道地月轉(zhuǎn)移軌道地月轉(zhuǎn)移軌道。1111月月5 5日日1111時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為為h h的的A A點時，再經(jīng)三次變軌：點時，再經(jīng)三次變軌：1212小時橢圓軌道小時橢圓軌道3.53

9、.5小時橢圓小時橢圓軌道軌道最后進入周期為最后進入周期為T T的極月圓軌道的極月圓軌道 ，如圖所示。（，如圖所示。（ ） A.A.“嫦娥一號嫦娥一號”由由到到需加速、由需加速、由到到需減速需減速 B.B.發(fā)射發(fā)射“嫦娥一號嫦娥一號”的速度必須達到第三宇宙速度的速度必須達到第三宇宙速度 C.C.在繞月圓軌道上在繞月圓軌道上, ,衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān) D.D.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比 E.E.在繞月圓軌道上在繞月圓軌道上, ,衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力近地變軌近地變軌軌

10、道修正軌道修正轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射發(fā)射 2. 2. 20072007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一號嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞繞地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：1212小時橢圓軌小時橢圓軌道道2424小時橢圓軌道小時橢圓軌道4848小時橢圓軌道小時橢圓軌道修正軌道修正軌道地月轉(zhuǎn)移軌道地月轉(zhuǎn)移軌道。1111月月5 5日日1111時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為為h h的的A A點時，再經(jīng)三次變軌：點時，再經(jīng)三次變軌：1212小時橢圓軌道小時橢圓軌道3.53.5小時橢圓小時橢圓軌道

11、軌道最后進入周期為最后進入周期為T T的極月圓軌道的極月圓軌道 ，如圖所示。，如圖所示。 若月球半徑為若月球半徑為R R，試寫出月球表面重力加速度的表達式。試寫出月球表面重力加速度的表達式。近地變軌近地變軌軌道修正軌道修正轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射發(fā)射對接問題對接問題: :宇宙飛船與空間站的對接宇宙飛船與空間站的對接 空間站實際上就是一個載有人的人造衛(wèi)星，空間站實際上就是一個載有人的人造衛(wèi)星，那么，地球上的人如何登到空間站，空間站那么，地球上的人如何登到空間站，空間站上的人又如何返回地面？這些活動都需要通上的人又如何返回地面？這些活動都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個宇宙飛船過宇宙飛船來完成，這

12、就存在一個宇宙飛船與空間站對接的問題。與空間站對接的問題。思考：能否把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同思考：能否把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道上，再通過加速去追上空間站實現(xiàn)對一軌道上，再通過加速去追上空間站實現(xiàn)對接呢？接呢？ 不行，因為飛船加速后做離不行，因為飛船加速后做離心運動會偏離原來的圓軌道心運動會偏離原來的圓軌道而無法與空間站對接。飛船而無法與空間站對接。飛船首先在比空間站低的軌道運首先在比空間站低的軌道運行，當運行到適當位置時，行，當運行到適當位置時，再加速運行到一個橢圓軌道。再加速運行到一個橢圓軌道。通過控制軌道使飛船跟空間通過控制軌道使飛船跟空間站恰好同時運行到兩軌道的站恰好同時運

13、行到兩軌道的相切點，便可實現(xiàn)對接，如相切點，便可實現(xiàn)對接，如圖所示圖所示. .飛船飛船B 以下留給課下思考！mgrmrMmG22RmmgRMmG20202mgRMmGNnFRMmGRmF22RmmgRMmG202NFRMmG202mgRMmG02mgRMmGRmFRMmGN202RmRMmGmg220)()(22hRmmghRMmGRmmgRMmG2002RmmgRMmG20021415 例例:設同步衛(wèi)星離地心距離為設同步衛(wèi)星離地心距離為r，運行速率為，運行速率為v1，加速度為，加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2,第一宇宙速度為第

14、一宇宙速度為v2，地球半徑為地球半徑為R，則，則( ) A B C DRraa212221rRaa2221rRvvrRvv21 1 1、在某行星上用彈簧來秤測量某一物體的重、在某行星上用彈簧來秤測量某一物體的重力。在赤道上測量的示數(shù)比在兩極處測量的力。在赤道上測量的示數(shù)比在兩極處測量的示數(shù)小示數(shù)小1/101/10，若該行星一晝夜的運行時間為，若該行星一晝夜的運行時間為T T，萬有引力常量為萬有引力常量為G G，則這顆行星的密度為多少？，則這顆行星的密度為多少？30/ /GT2 2 2、如果地球自轉(zhuǎn)加快，地球赤道上物體的重、如果地球自轉(zhuǎn)加快，地球赤道上物體的重量將發(fā)生怎樣的變化？量將發(fā)生怎樣的變

15、化？1.41.4小時小時 當自轉(zhuǎn)周期等于多少時可使赤道上的物體當自轉(zhuǎn)周期等于多少時可使赤道上的物體飄起來？飄起來？減小減小連續(xù)物或衛(wèi)星群的判斷問題連續(xù)物或衛(wèi)星群的判斷問題 例：根據(jù)觀察，在土星外層有一個環(huán)帶，該環(huán)帶例：根據(jù)觀察，在土星外層有一個環(huán)帶，該環(huán)帶有星云等物質(zhì)構(gòu)成，為了判斷環(huán)帶是土星的連續(xù)有星云等物質(zhì)構(gòu)成，為了判斷環(huán)帶是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群。可測出環(huán)中各層的線速度物還是小衛(wèi)星群?？蓽y出環(huán)中各層的線速度v v與該與該層到土星中心的距離層到土星中心的距離R R之間的關(guān)系，從而加以確定。之間的關(guān)系，從而加以確定。對此下列判斷正確的是：（對此下列判斷正確的是：（ ） A.A.若若v v與與R R成正比，則環(huán)帶是連續(xù)物成正比，則環(huán)帶是連續(xù)物 B.B.若若v v與與R