高一物理《人造地球衛(wèi)星》課件 （人教版必修一）

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歡迎進入物理課堂 第2節(jié)人造地球衛(wèi)星宇宙速度 東方紅一號 偵察衛(wèi)星 風(fēng)云一號 氣象衛(wèi)星 科學(xué)探測衛(wèi)星 一 發(fā)射原理 第2節(jié)人造地球衛(wèi)星宇宙速度 1 牛頓的設(shè)想圖 2 近地發(fā)射速度 二 衛(wèi)星的運行 圓周軌道 原理 結(jié)論 衛(wèi)星運動與m無關(guān) v T由r唯一決定 三 衛(wèi)星的發(fā)射和變軌 四 同步衛(wèi)星 mg GMm r2 ma mv2 r mr 2 mr4 2 T2 五 衛(wèi)星的應(yīng)用 V1 7 9Km s V2 11 2Km s V3 16 7Km s 三種宇宙速度 v1是最小近地發(fā)射速度 也是最大運行速度 作業(yè) 知一 比例法 一題多解 衛(wèi)星變軌 雙星 黑洞 比較 重力 相遇 空間 牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖 平拋 洲際導(dǎo)彈 人造衛(wèi)星 增大 人造地球衛(wèi)星的最小速度有多大呢 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 衛(wèi)星做圓周運動的向心力由萬有引力提供 萬有引力近似等于重力mg 衛(wèi)星運行半徑近似看作地球半徑 根據(jù)牛頓第二定律得 mg GMm R2 mv2 R 最小的近地發(fā)射速度 近地發(fā)射時速度等于這個速度衛(wèi)星 剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動 v1 7 9km s v 7 9km s v2 11 2km s 第二宇宙速度 脫離速度 11 2km s v 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 16 7km s 繞地球作勻速圓周運動的衛(wèi)星 其所需向心力由萬有引力提供 二 衛(wèi)星的運行 圓周軌道 萬有引力 向心力 重力近似 萬有引力 基本方程 輔助方程 A B C 高軌道衛(wèi)星的運行速度小 容易發(fā)射 火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?v1是最小近地發(fā)射速度 也是最大運行速度 無能量補充 軌道速度 v1 7 9km s 神五發(fā)射 衛(wèi)星發(fā)射的軌跡 三 人造地球衛(wèi)星的變軌道 衛(wèi)星回收 下列說法是否正確 為什么 人造地球衛(wèi)星由于大氣阻力的作用 軌道半徑逐漸減小 它的線速度將逐漸減小 而周期逐漸增大 解 由于阻力做負(fù)功 所以線速度減小 由于T 2 R v所以周期變大 故結(jié)論正確 衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運動 半徑在逐漸減小 Tmin 神五回收 通信衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星 資源衛(wèi)星 技術(shù)實驗衛(wèi)星 人造衛(wèi)星的種類 四 同步通訊衛(wèi)星 2 同步衛(wèi)星的軌道如何確定 1 地球同步衛(wèi)星相對于地面靜止 周期與地球相同 同步衛(wèi)星必須位于赤道平面上空 GmM r2 mr4 2 T2 h r R 同步衛(wèi)星離地面高度36000公里 3 同步衛(wèi)星的個數(shù) 大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星 地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆 可見 空間位置也是一種資源 近地與同步 同步衛(wèi)星發(fā)射 衛(wèi)星的超重與失重 我國的衛(wèi)星事業(yè) 衛(wèi)星的應(yīng)用 g GM r2 G mg 9 8 107N M不同 g不同 G F 1 47 1012 D 課本P92 中心M r 環(huán)繞m R BC 課本P98 AC F砝 m砝g月 F物 m物g月 mg GM月m R2 g月 F砝 m砝 m物 F物 g月 M月 g月R2 G 求月球重力加速度 求月球上物體質(zhì)量 求月球質(zhì)量 E 同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等 r 6 2 10 地 環(huán)繞速度v 8 4 103 v1 設(shè)月地距離r保持不變 隨著采礦的進行 地球質(zhì)量M增大 月球質(zhì)量m減小 F萬減小 當(dāng)飛越質(zhì)量密集區(qū)時 可以認(rèn)為重心上移動 r減小 v增大 課本P104 例1 在圓軌道上運動的質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星 它到地面的距離等于地球半徑R 地面上的重力加速度為g 則 A衛(wèi)星運動的速度為B衛(wèi)星運動的周期為C衛(wèi)星的加速度為g 2D衛(wèi)星的動能為mgR 4 知一求其他 mg GMm R2 GM gR2 r R h 2R BD 自轉(zhuǎn)1 近地2 同步3 月球4 自轉(zhuǎn) 近地 同步 月球 T1 1天 T2 85分 T3 1天 T4 1月 r1 R r2 R r3 7R r4 60R 比較下列4顆衛(wèi)星運動物理量 r T v a 大小 自轉(zhuǎn) 近地 同步 月球 v3 3 1km s v2 7 9km s a GM r2 比較物理量大小 例1 有兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1 m2 1 2 它們運行線速度之比v1 v2 1 2 那么 A 向心力之比F1 F2 1 32B 向心加速度之比a1 a2 16 1C 軌道半徑之比r1 r2 4 1D 周期之比T1 T2 8 1 ACD 比例法 例1 一顆人造地球衛(wèi)星距地面的高度為h 設(shè)地球半徑為R 衛(wèi)星運動周期為T 地球表面處的重力加速度為g 則該同步 衛(wèi)星的線速度的大小應(yīng)該為 BC A B2 h R T C D 一題多解 例2 用m表示地球通訊衛(wèi)星 同步衛(wèi)星 的質(zhì)量 h表示它離開地面的高度 R表示地球的半徑 g表示地面處的重力加速度 表示地球自轉(zhuǎn)的角速度 則通訊衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f有引力的大小為 BC GMm r2 mr 2 GM gR2 F GMm r2 mgR2 R h 2 v2 v1 v4 v3 v1 v4 v2 v1 v4 v3 衛(wèi)星的變軌 A B 知小圓半徑為R 周期為T 大圓半徑為r 求衛(wèi)星從A躍遷到B的時間 提示 用開普勒第3定律求解 比較下列速度大小 解 設(shè) 光子 的質(zhì)量為m 由于光不能從太陽射出 設(shè) 光子 恰好繞太陽 黑洞 作近地勻速圓周運動 向心力由萬有引力提供 由牛頓第二定律得 黑洞 例 已知太陽的質(zhì)量M 2 0 1030kg 光的速度c 3 0 108m s 試估算太陽如果演變成了黑洞 它的半徑將變成多少 雙星 例 在天體運動中 把兩顆相距很近的恒星稱為雙星 這兩顆星必須各自以一定的速率繞某一中心轉(zhuǎn)動才不至于由于萬有引力而吸在一起 已知兩恒星的質(zhì)量分別為M1和M2兩恒星距離為L 求 1 兩恒星轉(zhuǎn)動中心的位置 2 轉(zhuǎn)動的角速度 L M1 M2 r1 L r1 解 如圖所示 兩顆恒星分別以轉(zhuǎn)動中心O作勻速圓周運動 角速度 相同 設(shè)M1的轉(zhuǎn)動半徑為r1 M2的轉(zhuǎn)動半徑為r2 L r1 它們之間的萬有引力是各自的向心力 由后兩式相等解得得 由前兩式相等解得得 例 某行星上一晝夜的時間為T 6h 在該行星赤道處用彈簧秤測得一物體的重力大小比在該行星兩極處小10 則該行星的平均密度是多大 G取6 67 10 11N m2 kg2 例 設(shè)某種原因地球自轉(zhuǎn)的加快 當(dāng)角速度等于多少時 赤道上物體的重力為零 解 萬有引力全部提供自轉(zhuǎn)向心力 重力的變化 例 如圖所示 有A B兩個衛(wèi)星繞地球做圓周運動 旋轉(zhuǎn)方向相同 A衛(wèi)星的周期為T1 B衛(wèi)星的周期為T2 在某一時刻兩衛(wèi)星第一次相遇 即兩衛(wèi)星距離最近 求 1 多少時間后兩衛(wèi)星第二次相遇 2 多少時間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠 t 2 解 A星轉(zhuǎn)得快 設(shè)相遇時B轉(zhuǎn)過角度為 則A轉(zhuǎn)過角度為 2 設(shè)經(jīng)過的時間為 t 衛(wèi)星的相遇 例1 2000年1月26日我國發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星 其定點位置與東經(jīng)98 的經(jīng)線在同一平面內(nèi) 若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似為東經(jīng)98 和北緯a 40 已知地球半徑R 地球自轉(zhuǎn)周期T 地球表面重力加速度g 視為常數(shù) 和光速c 試求該同步衛(wèi)星發(fā)出的微波信號傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時間 要求用題給的已知量的符號表示 解 如圖知同步衛(wèi)星的周期T可求出衛(wèi)星圓周半徑r量 由牛頓第二定律得 設(shè)嘉峪關(guān)到同步衛(wèi)星的距離為l 如圖4 5 1所示 由余弦定律得 l 所求的時間為t l c 得 空間的確定 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全