2019-2020年高中物理 7.3人造衛(wèi)星 宇宙速度教學案 新人教版必修2.doc

2019-2020年高中物理 7.3人造衛(wèi)星 宇宙速度教學案 新人教版必修2學習目標: 1知道人造衛(wèi)星的運行原理和軌道。2知道三個宇宙速度。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系。學習重點: 1人造衛(wèi)星的運行原理和軌道。2人造衛(wèi)星的周期、線速度、角速度跟其軌道半徑的關系。學習難點: 人造衛(wèi)星的周期、線速度、角速度跟其軌道半徑的關系。主要內容:一、人造衛(wèi)星的運行原理和軌道 1運行原理：2運行軌道二、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)射速度和運行速度 人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度是兩個不周的概念。所謂發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定高度，進入運動軌道。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”地面近地運行，如果要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運行，就必須使發(fā)射速度大于第一宇宙速度。 所謂運行速度，是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度。根據知，人造衛(wèi)星距地面越高(即軌道半徑r越大)，運行速度越小。實際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛(wèi)星的實際運行速度一定小于發(fā)射速度。人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度之間的大小關系是：1 12kmy>v發(fā)79kms>v運四、人造衛(wèi)星繞行線速度、角速度、周期與半徑的關系 1線速度與半徑的關系：2角速度與半徑的關系：3周期與半徑的關系：由五、地球同步衛(wèi)星 所謂地球同步衛(wèi)星，是相對地面靜止的跟地球自轉同步的衛(wèi)星。衛(wèi)星要與地球自轉同步，必須滿足下列條件： 1衛(wèi)星繞地球的運行方向與地球自轉方向相同，且衛(wèi)星的運行周期與地球 自轉周期相同(即等于24h)。 2衛(wèi)星運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)?！纠弧筷P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)星的運行速度 C它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度 D它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運動時在近地點的速度 【例二】設地球半徑為R，一顆人造衛(wèi)星在離地面高度h=R的圓形軌道上運行，其運行速度是第一宇宙速度的多少倍? 【例三】把一顆質量為2t的人造地球衛(wèi)星送入環(huán)繞地球運行的圓形軌道，已知地球質量為61024kg，半徑為64103km。這顆衛(wèi)星運行的周期是多少小時？ 【例四】假設同步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 BJ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星的向心加速度足赤道上物體向心加速度的三倍 DJ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練l_ LLtfJ星繞地球作勻速圓周運動，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79千米秒運動時，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+凡審艙做圓周運動的向心力由地球對它的引力旋供 r子凱貝瑟r見處了大里1八芯裂內篙無4熱蝴蝴寸了D1984 8 鎰瓣景篷基公轉觚跟4我國在 年 月 目成功地發(fā)射了顆通汛1_J星，這顆Ii星繞地球公轉嗣用逐廈叫業(yè)健地球自轉的角速度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動，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星的運動周期芫2兩顆人造衛(wèi)星4和B的質量之比為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 。 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動的廠uj心加速度(以米秒。為單位)最接近于以下四個數值中的( )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?！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，某小星距地面的高度也為R，設衛(wèi)星作勻速圓周運動，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。做勻速圓周運動的人造衛(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，這時地球自轉的最大周期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64106m，又知月球繞地球的運動可近似看作勻速圓周運動，則可估算出月球到地心的距離約為 m。(結果只保留一位有效數字)9如果有一個行星質量是地球的l8，半徑是地球半釋的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動(可視為勻速圓周運動)，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)星的某一時刻正好位于地球表面某點的正上空，求： (1)兩衛(wèi)星運行的線速度之比?(2)乙衛(wèi)星至少要經過多少周期，兩衛(wèi)星間的距離才會達到最大?11無人飛船“神州二號”曾在離地面高度為H=34105m的圓軌道上運行了47小時。求在這段時間內它繞行地球多少圈?(地球半徑R=637106m，重力加速度g=98ms2)閱讀材料：靜止衛(wèi)星為何要多次點火1997年5月12日O時，我國新一代通信衛(wèi)星東方紅三號由長征三號甲火箭發(fā)射升空。東方紅三號衛(wèi)星升空后首先進入了近地點高209km、遠地點高36194km、傾角283的地球同步轉移軌道當日下午4時，衛(wèi)星上490牛推力的遠地總發(fā)動機第一次點火，50分鐘后，衛(wèi)星變軌成功，其近地點提高到6488km，傾角減少到l 2.3(遠地點高度為36194km不變)5月13日、14日，在西安衛(wèi)星測控中心控制下，衛(wèi)星上遠地點發(fā)動機又先后兩次點火，衛(wèi)星順利進入地球準同步軌道此后，用衛(wèi)星上l O牛推力器進行位置捕獲，使衛(wèi)星于5月20日定點在東經125的赤道上空。為什么該衛(wèi)星要經3次變軌及位置捕獲才能定點工作呢?這是由于地球靜止軌道高度約3586Okm，且軌道傾角為0(在該軌道運行的衛(wèi)星，從地球上看好像是不動的，衛(wèi)星運行周期與地球自轉周期相等)。要把衛(wèi)星送到這個高度，并使衛(wèi)星以307kms同步速度運行，這就要求火箭能夠達到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，所以通常須進行多次變軌才能進入預定的地球靜止軌道。 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200km、遠地點36OOOkm、傾角285的橢圓形軌道衛(wèi)星在運行到遠地點附近時，幾次用衛(wèi)星上遠地點發(fā)動機變軌，不斷抬高近地點高度，使橢圓形軌道逐漸拉高為距地面高36000砌的圓軌道衛(wèi)星進入準同步軌道后，靠星上小推力器向定點位置飄移，并調整軌道的各個參數使衛(wèi)星的軌道傾角接近零，軌道周期接近于地球自轉周期衛(wèi)星定點后還要進行定點保持由于地球扁率和太陽光壓會引起衛(wèi)星在定點位置的東西方向上飄移，要克服這種飄移，使衛(wèi)星保持在定點位置的O1。范圍，需用星上推力器不斷進行軌道修正，每年要付出2ms的修正速度日月引力會引起傾角變化，使衛(wèi)星在南北方向上產生飄移，飄移速度約O75。O95。年不等，不同年傷不一樣要克服這種飄移，使衛(wèi)星在南北方向上也保持在上01。的范圍內，每年需付出4051ms的修正速度所以，地球靜止軌道衛(wèi)星在軌工作壽命期間，地面測控站要定期地測量衛(wèi)星軌道，并定期修正，直到衛(wèi)星上控制系統的燃料用完