1、1.3.4人造衛(wèi)星宇宙速度人造衛(wèi)星宇宙速度學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心凝煉核心凝煉1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)。了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)。3個(gè)速度個(gè)速度第一、二、三宇第一、二、三宇宙速度宙速度幾個(gè)關(guān)系幾個(gè)關(guān)系線速度、角速度、線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系周期與軌道半徑的關(guān)系2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。3.正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。關(guān)系。一、人造衛(wèi)星一、人造衛(wèi)星觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)我國宇航員翟志剛在太空中離開飛船后而不落回地面，是否是由于宇航員不再受到地我國宇航員翟志剛在太空

2、中離開飛船后而不落回地面，是否是由于宇航員不再受到地球的引力作用？球的引力作用？答案答案不是。宇航員在太空中離開飛船后，依然繞地球運(yùn)動(dòng)，受到地球的引力提供向不是。宇航員在太空中離開飛船后，依然繞地球運(yùn)動(dòng)，受到地球的引力提供向心力。心力。1.衛(wèi)星是一些衛(wèi)星是一些_的或的或_的在太空中繞行星運(yùn)動(dòng)的物體。的在太空中繞行星運(yùn)動(dòng)的物體。2.1895年，年，_宇航先驅(qū)齊奧爾科夫斯基在宇航先驅(qū)齊奧爾科夫斯基在?天地夢想和天球引力效應(yīng)天地夢想和天球引力效應(yīng)?論文中，論文中，率先提出制造率先提出制造_的設(shè)想。的設(shè)想。3.1957年年10月月4日日_成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。理解

3、概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)發(fā)射人造地球衛(wèi)星需要足夠大的速度。發(fā)射人造地球衛(wèi)星需要足夠大的速度。( )(2)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行不需要力的作用。衛(wèi)星繞地球運(yùn)行不需要力的作用。( )(3)衛(wèi)星的運(yùn)行速度隨軌道半徑的增大而增大。衛(wèi)星的運(yùn)行速度隨軌道半徑的增大而增大。( )自然自然人工人工俄國俄國人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星蘇聯(lián)蘇聯(lián)二、宇宙速度二、宇宙速度觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)在一部叫在一部叫?光速俠光速俠?的電影中，有一個(gè)叫的電影中，有一個(gè)叫Daniel Light的家伙，他擁有以光速奔跑的的家伙，他擁有以光速奔跑的能力。根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)分析，如果能力。根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)分析，如果“光

4、速俠要以光速從紐約跑到洛杉磯救人，光速俠要以光速從紐約跑到洛杉磯救人，可能實(shí)現(xiàn)嗎？可能實(shí)現(xiàn)嗎？答案不可能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)人或物體的速度到達(dá)第二宇宙速度時(shí)，會(huì)脫離地球，到達(dá)答案不可能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)人或物體的速度到達(dá)第二宇宙速度時(shí)，會(huì)脫離地球，到達(dá)外太空，即在地表運(yùn)動(dòng)的速度不能超過第一宇宙速度外太空，即在地表運(yùn)動(dòng)的速度不能超過第一宇宙速度7.9 km/s。三個(gè)宇宙速度三個(gè)宇宙速度 數(shù)值數(shù)值意義意義第一宇第一宇宙速度宙速度_km/s衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做_運(yùn)動(dòng)的速度運(yùn)動(dòng)的速度第二宇第二宇宙速度宙速度_km/s使衛(wèi)星掙脫使衛(wèi)星掙脫_引力束縛的最小地面發(fā)射速度引力束縛的最小地面發(fā)射速度第

5、三宇第三宇宙速度宙速度_km/s使衛(wèi)星掙脫使衛(wèi)星掙脫_引力束縛的引力束縛的_地面發(fā)射速度地面發(fā)射速度7.911.216.7勻速圓周勻速圓周地球地球太陽太陽最小最小理解概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)第一宇宙速度是能使衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小發(fā)射速度。第一宇宙速度是能使衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小發(fā)射速度。( )(2)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的速度可以是繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的速度可以是10 km/s。( )(3)第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度。第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度。( )人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星觀察探究觀察探究地球上空分布著許多

6、的同步衛(wèi)星，在地面上的人看來，始終靜止不動(dòng)，請(qǐng)思考：地球上空分布著許多的同步衛(wèi)星，在地面上的人看來，始終靜止不動(dòng)，請(qǐng)思考：(1)這些同步衛(wèi)星是否就真的靜止不動(dòng)呢？這些同步衛(wèi)星是否就真的靜止不動(dòng)呢？(2)這些同步衛(wèi)星有什么共同的特點(diǎn)呢？這些同步衛(wèi)星有什么共同的特點(diǎn)呢？答案答案(1)這些同步衛(wèi)星都在繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球的萬有引力提供向心力。這些同步衛(wèi)星都在繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球的萬有引力提供向心力。(2)衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，因此衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期一定等于地球自轉(zhuǎn)的周期。衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，因此衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期一定等于地球自轉(zhuǎn)的周期。探究歸納探究歸納1.人造衛(wèi)星的軌道：衛(wèi)星繞地球做勻

7、速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力提供向心人造衛(wèi)星的軌道：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力提供向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極點(diǎn)上空的極地軌道。當(dāng)然也存其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極點(diǎn)上空的極地軌道。當(dāng)然也存在著與赤道平面呈某一角度的圓軌道。在著與赤道平面呈某一角度的圓軌道。人造地球衛(wèi)星的三種軌道人造地球衛(wèi)星的三種軌道3.地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星(1)概念：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有一樣周期的衛(wèi)星，

8、叫做地球同步衛(wèi)星。概念：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有一樣周期的衛(wèi)星，叫做地球同步衛(wèi)星。(2)特點(diǎn)特點(diǎn)確定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：和地球自轉(zhuǎn)方向一致；確定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：和地球自轉(zhuǎn)方向一致；確定的周期：和地球自轉(zhuǎn)周期一樣，即確定的周期：和地球自轉(zhuǎn)周期一樣，即T24 h；確定的角速度：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；確定的角速度：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合；面重合；確定的高度：離地面高度固定不變確定的高度：離地面高度固定不變(3.6104 km)；確定的環(huán)繞速率：線速度大小一定確定

9、的環(huán)繞速率：線速度大小一定(3.1103 m/s)。試題案例試題案例例例1 (2021云南宣威市四中高一下期末云南宣威市四中高一下期末)(多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)如圖如圖1所示，所示，a、b是兩顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，它們距地面的高度是兩顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，它們距地面的高度分別是分別是R和和2R(R為地球半徑為地球半徑)。以下說法中正確的選項(xiàng)是。以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖圖1答案答案CD針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 (多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)我國我國“中星中星11號(hào)商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆同步衛(wèi)星，它定點(diǎn)于東號(hào)商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆同步衛(wèi)星，它定點(diǎn)于東經(jīng)經(jīng)98.2度的赤道上空，關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確

10、的選項(xiàng)是度的赤道上空，關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的選項(xiàng)是()A.運(yùn)行速度大于運(yùn)行速度大于7.9 km/sB.離地面高度一定，相對(duì)地面靜止離地面高度一定，相對(duì)地面靜止C.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)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向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等答案答案BC觀察探究觀察探究發(fā)射衛(wèi)星，要有足夠大的速度才行，請(qǐng)思考：發(fā)射衛(wèi)星，要有足夠大的速度才行，請(qǐng)思考：宇宙速度及其理解宇宙速度及其理解(1)在不同高度的所有衛(wèi)星中，哪個(gè)高度的所有衛(wèi)星最容易發(fā)射？在不同高度的所有衛(wèi)星中，哪個(gè)高度的所有衛(wèi)星最容易

11、發(fā)射？(2)不同星球的第一宇宙速度是否一樣？第一宇宙速度的決定因素是什么？不同星球的第一宇宙速度是否一樣？第一宇宙速度的決定因素是什么？(1)“最小發(fā)射速度：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要最小發(fā)射速度：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要抑制地球?qū)λ囊Α＝剀壍朗侨嗽煨l(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度抑制地球?qū)λ囊Α＝剀壍朗侨嗽煨l(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。2.第二宇宙速度第二宇宙速度人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度越

12、大，衛(wèi)星最終運(yùn)行時(shí)離地球就越遠(yuǎn)。當(dāng)衛(wèi)星的發(fā)射速度人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，衛(wèi)星最終運(yùn)行時(shí)離地球就越遠(yuǎn)。當(dāng)衛(wèi)星的發(fā)射速度到達(dá)或超過到達(dá)或超過11.2 km/s時(shí)，衛(wèi)星將脫離地球的束縛，成為太陽系中的時(shí)，衛(wèi)星將脫離地球的束縛，成為太陽系中的“人造行星，人造行星，11.2 km/s稱為人造衛(wèi)星的第二宇宙速度。稱為人造衛(wèi)星的第二宇宙速度。3.第三宇宙速度第三宇宙速度當(dāng)衛(wèi)星的發(fā)射速度到達(dá)或超過當(dāng)衛(wèi)星的發(fā)射速度到達(dá)或超過16.7 km/s時(shí)，衛(wèi)星將掙脫太陽的束縛，飛到太陽系以時(shí)，衛(wèi)星將掙脫太陽的束縛，飛到太陽系以外的空間。外的空間。試題案例試題案例例例2 宇航員站在某星球外表，從高宇航員站在某星球外表，

13、從高h(yuǎn)處以初速度處以初速度v0水平拋出一個(gè)小球，小球落到星球水平拋出一個(gè)小球，小球落到星球外表時(shí)，與拋出點(diǎn)的水平距離是外表時(shí)，與拋出點(diǎn)的水平距離是x，該星球的半徑為，該星球的半徑為R，引力常量為，引力常量為G，求：，求：(1)該星球的質(zhì)量該星球的質(zhì)量M；(2)該星球的第一宇宙速度。該星球的第一宇宙速度。【思維導(dǎo)圖】【思維導(dǎo)圖】針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2 (2021山西太原市高一下期末山西太原市高一下期末)2021年年2月，我國首顆電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星月，我國首顆電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號(hào)在酒泉衛(wèi)生發(fā)射中心成功發(fā)射，標(biāo)志著我國地震監(jiān)測和地球物理探測張衡一號(hào)在酒泉衛(wèi)生發(fā)射中心成功發(fā)射，標(biāo)志著我國地震監(jiān)測和地球

14、物理探測正式邁入太空。衛(wèi)星質(zhì)量約為正式邁入太空。衛(wèi)星質(zhì)量約為730 kg，運(yùn)行的高度為，運(yùn)行的高度為500 km，通過兩極的太陽同，通過兩極的太陽同步軌道，對(duì)同一地點(diǎn)的重訪周期為步軌道，對(duì)同一地點(diǎn)的重訪周期為5天。以下說法正確的選項(xiàng)是天。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.“張衡一號(hào)繞地球運(yùn)行的速度大于第一宇宙速度張衡一號(hào)繞地球運(yùn)行的速度大于第一宇宙速度B.“張衡一號(hào)繞地球運(yùn)行的周期為張衡一號(hào)繞地球運(yùn)行的周期為5天天C.“張衡一號(hào)的加速度小于地面的重力加速度張衡一號(hào)的加速度小于地面的重力加速度D.“張衡一號(hào)的軌道平面與地球赤道平面共面張衡一號(hào)的軌道平面與地球赤道平面共面答案答案C分析衛(wèi)星變軌問題分析衛(wèi)

15、星變軌問題【針對(duì)練習(xí)】如圖【針對(duì)練習(xí)】如圖2所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球繞地球E運(yùn)行，在運(yùn)行，在P點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。以下說法正確的選項(xiàng)是以下說法正確的選項(xiàng)是()A.不管在軌道不管在軌道1還是在軌道還是在軌道2運(yùn)行，衛(wèi)星在運(yùn)行，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度都點(diǎn)的速度都一樣一樣B.不管在軌道不管在軌道1還是在軌道還是在軌道2運(yùn)行，衛(wèi)星在運(yùn)行，衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度點(diǎn)的加速度都一樣都一樣C.衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有一樣加速度的任何位置都具有一樣加速度D.衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有一樣的速度的任何位置都具有一樣的速度圖圖2解析衛(wèi)星在軌道解析衛(wèi)星在軌道1運(yùn)行到運(yùn)行