1、4.宇 宙 航 行4.宇 宙 航 行一、第一宇宙速度【思考】如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落到地面,它將繞地球運動,成為地球的人造衛星,是什么力使物體繞地球運動?一、第一宇宙速度提示:地球與物體之間的萬有引力。提示:地球與物體之間的萬有引力。(1)物體繞地球速度推導:物體繞地球的運動可視作勻速圓周運動,萬有引力提供物體運動所需的向心力,有 =m ,由此解出:v=_(m地為地球質量,r為物體做圓周運動的半徑)。(2)數值:已知地球的質量,近似用地球半徑R代替r,算出v= =_,這就是物體在地球附近做勻速圓周運動的速度,叫作第一宇宙速度。7.9 km/s(1)物體繞地球速度推導:

2、物體繞地球的運動可視作勻7.9 k二、第二宇宙速度當飛行器的速度等于或大于_時,它就會克服地球的引力,永遠離開地球,我們把_叫作第二宇宙速度。11.2 km/s11.2 km/s二、第二宇宙速度11.2 km/s11.2 km/s三、第三宇宙速度在地面附近發射飛行器,如果要使其掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外,必須使它的速度等于或大于_,這個速度叫作第三宇宙速度。16.7 km/s三、第三宇宙速度16.7 km/s一第一宇宙速度的定性分析和定量計算任務1 第一宇宙速度的定性分析1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造衛星近地環繞地球做勻速圓周運動必須具備的速度,即近地衛星的環繞速度。一第一宇宙速度

3、的定性分析和定量計算2.決定因素:由第一宇宙速度的計算式v= 可以看出,第一宇宙速度的值由中心天體決定,第一宇宙速度的大小取決于中心天體的質量M和半徑R,與衛星無關。3.“最小發射速度”:如果發射速度低于第一宇宙速度,因為受到地球引力作用,發射出去的衛星就會再回到地球上,所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度。2.決定因素:由第一宇宙速度的計算式v= 可以看4.“最大環繞速度”:在所有環繞地球做勻速圓周運動的衛星中,近地衛星的軌道半徑最小,由 可得 軌道半徑越小,線速度越大,所以在這些衛星中,近地衛星的線速度即第一宇宙速度是最大環繞速度。4.“最大環繞速度”:在所有環繞地球做勻速圓周運動【思

4、考討論】在100200 km高度飛行的地球衛星,能說在地面附近飛行嗎?為什么?(科學思維)提示:可以。因為100200 km與地球半徑6 400 km相比,可以忽略?！舅伎加懻摗俊镜淅痉?】 (多選)關于第一宇宙速度,以下敘述正確的是()A.它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度B.它是近地圓軌道上人造衛星運行的速度C.它是使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度D.它是人造衛星發射時的最大速度【典例示范1】 (多選)關于第一宇宙速度,以下敘述正確的是【解析】選B、C。第一宇宙速度是指衛星圍繞天體表面做勻速圓周運動的線速度,滿足關系 即v= ,且由該式知,它是最大環繞速度;衛星發射得越高,需要的發

5、射速度越大,故第一宇宙速度等于最小發射速度,選項B、C正確?！窘馕觥窟xB、C。第一宇宙速度是指衛星圍繞天體表任務2 第一宇宙速度的定量計算方法1.根據星球表面的重力加速度可計算它的第一宇宙速度,依據是mg=m 。2.根據星球的近地衛星的運動情況可計算它的第一宇宙速度,依據是 任務2 第一宇宙速度的定量計算方法【典例示范2】 已知某星球的質量是地球的n倍,半徑是地球的k倍,地球的第一宇宙速度為v,則該星球的第一宇宙速度為()A.v B.v C.v D.nkv【典例示范2】 已知某星球的質量是地球的n倍,半徑【解析】選A。對于地球: ;對于星球: ,解以上兩式得: v1=v 。【解析】選A。對于地

6、球: ;對于星球:【素養訓練】1.(多選)第一宇宙速度是物體在地球表面附近環繞地球做勻速圓周運動的速度,則有()A.被發射的物體質量越大,第一宇宙速度越大B.被發射的物體質量越小,第一宇宙速度越大C.第一宇宙速度與被發射物體的質量無關D.第一宇宙速度與地球的質量有關【素養訓練】【解析】選C、D。第一宇宙速度v1= ,與地球質量M有關,與發射物體質量無關。故選項C、D正確?！窘馕觥窟xC、D。第一宇宙速度v1= ,與地球質量2.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質量是地球的6倍,半徑是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速度約為()A.16 km/sB.32 km/sC.4 km/s D.

7、2 km/s2.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質量是地球【解析】選A。由 因為行星的質量M是地球質量M的6倍,半徑R是地球半徑R的1.5倍,即M=6M,R=1.5R。由 得v=2v=28 km/s=16 km/s。【解析】選A。由 因為行【補償訓練】已知地球自轉的角速度為7.2910-5 rad/s,月球到地球中心的距離為3.84108 m,在地球表面發射衛星的第一宇宙速度為7.9103 m/s,第二宇宙速度為11.2 103 m/s,第三宇宙速度為16.7103 m/s,假設地球上有一棵蘋果樹長到了接近月球那么高,則當蘋果脫離蘋果樹后,將()【補償訓練】A.落向地面B.成為地

8、球的同步“蘋果衛星”C.成為地球的“蘋果月亮”D.飛向茫茫宇宙A.落向地面【解析】選D。v=r=3.841087.2910-5 m/s 2.8104 m/s16.7103 m/s,故蘋果將飛向茫茫宇宙?！窘馕觥窟xD。v=r=3.841087.2910-5二人造地球衛星任務1 人造地球衛星的軌道特點1.衛星運動遵循的規律:衛星繞地球沿橢圓軌道運動時,地心在橢圓的一個焦點上,衛星的周期和半長軸的關系遵循開普勒第三定律。二人造地球衛星2.衛星軌道的圓心:衛星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球對衛星的萬有引力提供了衛星繞地球運動的向心力,而萬有引力指向地心,所以地心必定是衛星圓軌道的圓心。2.衛星軌道的圓

9、心:衛星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球對衛星3.衛星的軌道:衛星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步衛星),可以通過兩極上空(極地軌道衛星),也可以和赤道平面成任一角度,如圖所示。3.衛星的軌道:衛星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步衛星)【思考討論】人造地球衛星按怎樣的軌道運行,誰提供向心力?(物理觀念)【思考討論】提示:人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,由地球對它的萬有引力提供向心力,地球對衛星的萬有引力指向地心。提示:人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,由地球對它的萬有引力【典例示范1】 如圖所示,有關人造地球衛星軌道的正確說法有()A.a、b、c均可能是衛星軌道B.衛星軌道只可能是aC.a

10、、b均可能是衛星軌道 D.b可能是同步衛星的軌道【典例示范1】 如圖所示,有關人造地球衛星軌道的正確說法【解析】選C。地球衛星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地心,所以凡是地球衛星,軌道面必定經過地球中心,所以a、b均可能是衛星軌道,c不可能是衛星軌道,故A、B錯誤,C正確;同步衛星的軌道必定在赤道平面內,所以b不可能是同步衛星的軌道,故D錯誤。【解析】選C。地球衛星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地任務2 地球同步衛星1.地球同步衛星:位于地球赤道上方,相對于地面靜止不動,它的角速度跟地球的自轉角速度相同,廣泛應用于通信,又叫同步通信衛星。任務2 地球同步衛星2.地球同步衛星的特點:

11、項目內容周期一定與地球自轉周期相同,即T=24 h=86 400 s角速度一定與地球自轉的角速度相同高度一定衛星離地面高度h=r-R6R(為恒量)速度大小一定v= =3 km/s(為恒量)2.地球同步衛星的特點:項目內容周期一定與地球自轉周期相同,項目內容向心加速度大小一定a=0.23 m/s2軌道平面一定軌道平面與赤道平面共面項目內容向心加速度大小一定a=0.23 m/s2軌道平面一定【典例示范2】 (多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛星把廣闊視野內的氣象數據發回地面,為天氣預報提供準確、全面和及時的氣象資料。設地球同步衛星的軌道半徑是地球半徑的n倍,下列說法中正確的是()【典例示范2

12、】 (多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象A.同步衛星距地面的高度是地球半徑的(n-1)倍B.同步衛星運行速度是第一宇宙速度的 C.同步衛星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉獲得的速度的 D.同步衛星的向心加速度是地球表面重力加速度的 (忽略地球的自轉效應)A.同步衛星距地面的高度是地球半徑的(n-1)倍【解析】選A、B。地球同步衛星的軌道半徑是地球半徑的n倍,所以同步衛星距地面的高度是地球半徑的(n-1)倍,A正確。由萬有引力提供向心力得 第一宇宙速度v= ,所以同步衛星運行速度是第一宇宙速度的 ,B正確。同步衛星與地球赤道上的物體具有相同的角速度,根據v=r知,同【解析】選A、B。地球

13、同步衛星的軌道半徑是地球半步衛星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉的速度的n倍,C錯誤。根據 =ma,得a= ,則同步衛星的向心加速度是地球表面重力加速度的 ,D錯誤。步衛星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉的速【素養訓練】1.(多選)地球的質量為M,半徑為R,自轉角速度為,萬有引力常量為G,地球表面的重力加速度為g,同步衛星距地面的距離為h,則同步衛星的線速度大小為()A.(R+h)B. C.R D. 【素養訓練】【解析】選A、B。同步衛星與地球同步做勻速圓周運動,則由線速度定義可得:v= =(R+h);由于地球的引力提供向心力,讓同步衛星做勻速圓周運動,則有: ;解之得:v= ;當忽略

14、地球自轉時,由黃金代換式:g= ,可得:v=R ,由于本題沒有說明是否忽略地球自轉,故A、B正確,C、D錯誤。【解析】選A、B。同步衛星與地球同步做勻速圓周運2.已知地球質量為M,自轉周期為T,萬有引力常量為G。將地球視為半徑為R、質量分布均勻的球體,不考慮空氣的影響。若把一質量為m的物體放在地球表面的不同位置,由于地球自轉,它對地面的壓力會有所不同。(1)若把物體放在北極的地表,求該物體對地表的壓力F1的大小;2.已知地球質量為M,自轉周期為T,萬有引力常量為G。將地球(2)若把物體放在赤道的地表,求該物體對地表的壓力F2的大小;(3)若把物體放在赤道的地表,請你展開想象的翅膀,假想地球的自

15、轉不斷加快,當該物體剛好“飄起來”時,求此時地球的“一天”T的表達式。(2)若把物體放在赤道的地表,求該物體對地表的壓力F2的大小【解析】(1)當物體放在北極的地表時,萬有引力與支持力相平衡,有:F1= 根據牛頓第三定律,該物體對地表的壓力F1=F1= (2)當物體放在赤道的地表時,萬有引力與支持力的合力提供向心力,有: 【解析】(1)當物體放在北極的地表時,萬有引力與支持力相平衡F2= 根據牛頓第三定律,該物體對地表的壓力F2=F2= (3)物體剛好“飄起來”時,即F2=0,則有: 解得T=2 答案: (1) (2) (3)T=2 F2= 【補償訓練】將地球看作質量均勻分布的球體,在其上空有

16、許多同步衛星,下列說法中正確的是()A.它們的質量可能不同B.它們的角速度可能不同C.它們的向心加速度可能不同D.它們離地心的距離可能不同【補償訓練】【解析】選A。所謂地球同步衛星,是相對地面靜止且和地球有相同周期、角速度的衛星。同步衛星定位于赤道的正上方,離地面的高度約為3.6104 km。因此所有同步衛星離地心的距離均相同,向心加速度也相同。【解析】選A。所謂地球同步衛星,是相對地面靜止且和地球有相同【拓展例題】考查內容:地球同步衛星與赤道上物體的比較【典例示范】同步衛星離地心的距離為r,運行速率為v1,加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半

17、徑為R,則()【拓展例題】考查內容:地球同步衛星與赤道上物體的【正確解答】選D。同步衛星的角速度與赤道上的物體隨地球自轉的角速度相同,所以 選項A、B錯;對于同步衛星, 所以 對于近地衛星, 所以 C錯,D對?！菊_解答】選D。同步衛星的角速度與赤道上的物體【課堂回眸】【課堂回眸】有時候，人太清醒反而覺得累，覺得不快樂，但是想要學會裝糊涂還真是難。不要等到人生垂暮，才想起俯拾朝花，且行且珍惜。你可能在一個人面前一文不值，卻在另一個人面前是無價之寶。謹記自己的價值所在。路再遠，也有盡頭;苦再深，也會結束，只要不放棄，就有希望。只是，在漫漫的長途中跋涉，在深深的痛苦中掙扎，我們常常為環境所迫，被困

18、難所迷惑，放棄了希望，厭倦了生活，覺得路越走越窄，苦越來越深。其實，窄的不是路，是思想與感情，深的不是苦，是感受與心情，路邊是路，苦中有甜，看得是你自己。許多人，不是擦肩，就是錯過，總是無緣;許多事，不是無能，就是無情，總是無緣。人生，就是一次艱辛的旅行，得意時，頓生許多豪情，期盼著，瀏覽更多美好的風景;失意時，憑添許多傷心，渴望著，走出困境擺脫愁情。人生所有的一切，得意也好，失意也罷，圓滿很少，完美不多，人如此，事這樣，如意很少。人生，有許多無奈，好多人或事，明明喜歡，偏偏不能;明明熱愛，恰恰不能;生活，有許多無能，好多事情，明明討厭，常常不做不行;明明厭倦，往往不做不成。想做的不能，想說的

19、不行;不愿做的，卻又不能，不想說的，就是不行。我們就是這樣無奈，無能。何時，能隨心如愿，給心身最大的自由，那該多好。這個世界有兩件事我們不能不做：一是趕路，二是停下來看看自己是否擁有一份好心態。好心態是人們一生中的好伴侶，讓人愉悅和健康。人生感悟：要有陽光般的心態。沒有愛的生活就像一片荒漠，贈人玫瑰，手有余香“學會愛別人，其實就是愛自己”，讓愛如同午后陽光，溫暖每個人的心房。人生感悟：學會愛別人多去尊重理解別人，常懷寬容和感激之心，寬容是一種美德，是一種智慧，海納百川才有了海的廣闊，感激你的朋友，是他們給了你幫助：感激你的敵人，是讓你變得堅強。人生感悟：懂得寬容和感恩。管好自己的嘴，講話不要只

20、顧一時痛快信口開河，“良言一句三冬暖，傷人一語六月寒”說話要用腦子。不揚人惡，自然能化敵為友。人生感悟：切記禍從口出！人情、人情，人之常情，要樂善好施，常與交往，“平時多燒香，急時有人幫”，所以，“人情要多儲存，就像銀行存款，存的越多，時間越長，紅利就越大。人生感悟：多儲存人情。遇事不要急躁！不要急于下結論特別是生氣的時候做決斷，要學會換位思考，或者等一等，大事化小，小事化了。把復雜的事情盡量簡單處理，千萬不要把簡單的事情復雜化。人生感悟：遇事莫急躁！真正學會知足。人生最大的煩惱是從沒有意義的比較開始，大千世界總有比如你的和比你強的人，“當我哭泣沒鞋穿的時候，我發現有人卻沒腳”。人生感悟：真正

21、學會知足。如果敵人讓你生氣，那說明你還有勝他的把握，根本不必回頭去看咒罵你的人是誰。如果有一條瘋狗咬你一口，難道你也要趴下去反咬它一口嗎？人生感悟：不和小人生氣計較。別把工作當負擔，既然目前改不了行，也沒有更好的選擇，與其生氣埋怨，不如積極快樂的去面對。當你把工作當做生活和藝術時，你就會享受到生活的樂趣。人生感悟：享受工作的快樂。人活著一天就是福氣，就該珍惜，人生短短幾十年，不要給自己留下更多的遺憾。日出東海落西山，愁也一天，喜也一天；遇事不鉆牛角尖，人也舒坦，心也舒坦。人生感悟：珍惜自己的生活。1.人生就像蒲公英，看似自由，卻往往身不由己。生活沒有如果，只有結果，自己盡力了，努力了，就好。有

22、的人像WIFI熱點，即使遠了，但是只要你沒改密碼，再相見的時候也會自動連上，只是改不改密碼，也是人家的事了。要么敢愛敢恨快意人生，要么沒心每肺扮傻到底，別讓自己活成了那種，懂得很多道理卻過不好這一生的人。成大事的人，往往做小事也認真，而做小事不認真的人，往往也做不成大事?？磩e人不順眼，其實是自已的修養不夠。人生在世，順少逆多，一輩子不容易，千萬不要總是跟別人過不去，更不要跟自已過不去。如果是一堆蘋果，有好有壞，你就應該先吃好的，把壞的扔掉，如果你先吃壞的，好的也會變壞，你將永遠吃不到好的，人生亦如此。人，總愛跟別人比較，看看有誰比自己好，又有誰比不上自己。而其實，為你的煩惱和憂傷墊底的，從來不是別人的不幸和痛苦，而是你自己的態度。學習中經常取得成功可能會導致更大的學習興趣，并改善學生作為學習的自我概念