2019-2020学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 第4节 宇宙航行课件 新人教版必修

7.4宇宙航行1.了解人造卫星的有关知识；2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。学习目标思考：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？思考：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)法一：万有引力提供物体做圆周运动的向心力rvmrMmG22法二：在地面附近，重力提供物体做圆周运动的向心力skmsmgRv/9.7/104.68.96宇宙速度1、第一宇宙速度物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。skmv/9.71思考：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比,哪个需要的发射速度大？为什么？2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度指被发射物体离开地面时的速度运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度第一宇宙速度（V1=7.9km/s）V发射最小发射速度最大运行速度越小而越大需要的越大卫星的运行发射v，v，r思考：卫星的的关系raTvn与2332222224rGMaGMrπTrGMωrGMvmarTπmrmωrvmrMmGnn小小小大小近地卫星的周期是多大？2、第二宇宙速度skmv/2.112当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。3、第三宇宙速度skmv/7.163当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。梦想成真1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人进入太空的梦想1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球我国的航天成就1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功2010年10月1日嫦娥二号顺利发射2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空，当月14日成功软着陆于月球2003年10月15日，神舟五号，杨利伟2005年10月12日，神舟六号，费俊龙聂海胜2008年9月25日，神舟七号，翟志刚、刘伯明、景海鹏2011年11月1日，神舟八号顺利升空2012年6月16日，神州九号2013年6月11日，神舟十号，聂海胜、张晓光、王亚平2011年9月29日天宫一号发射升空2011年11月，天宫一号与神舟八号飞船成功对接2012年6月18日神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器自动交会对接2013年6月13日，神舟十号飞船与天宫一号顺利自动交会对接我国的航天成就2016年9月15日22时04分12秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射。2016年10月19日凌晨，神州十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈东进入天宫二号。2017年9月17日15时29分，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分离。2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务，天宫二号平台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益。2019年7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。天宫二号受控再入大气层，标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。我国的航天成就题组一卫星运行参量的分析与比较常考题型题1[多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（）A.它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8B.它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1C.它们所受的向心力之比FA∶FB=4∶1D.它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1【解析】A对：据=mR，可得T=；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行周期之比TA∶TB=∶:=1∶8。B错：据，可得v=；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行线速度之比vA∶vB=2∶1。C错：向心力Fn=，质量相同的人造卫星A、B，轨道半径之比RA∶RB=1∶4，它们所受的向心力之比FA∶FB=16∶1。D对：据=mRω2，可得ω=，两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1。【答案】AD2MmGR224T32RGM3AR3BR22MmvGmRRGMR2MmGR2MmGR3GMR题2［多选］“土卫5”在距离土星表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知土星半径为R，土星表面的重力加速度为g，引力常量为G，则（）A.“土卫5”绕土星运行的周期为B.“土卫5”绕行的速度为C.“土卫5”绕土星运行的角速度为D.“土卫5”轨道处的重力加速度2Rg()gRh23()RgRh2RgRhCD题3两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比TA∶TB=1∶8，则轨道半径之比和运行速率之比分别为（）A.rA∶rB=4∶1vA∶vB=1∶2B.B.rA∶rB=4∶1vA∶vB=2∶1C.rA∶rB=1∶4vA∶vB=2∶1D.rA∶rB=1∶4vA∶vB=1∶2C题4［2019•天津卷第1题改编］2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的“嫦娥四号”探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，“嫦娥四号”探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的（）A.周期为B.速度为C.角速度为D.向心加速度为A234rGMGMR3Gmr2GMR题组二宇宙速度题5已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的。下列关于火星探测器的说法正确的是（）A.发射速度只要高于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度不能低于第二宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的【解析】A、B错，C对：火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度，可以小于第三宇宙速度。D错：由=得，v=，已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的，可得火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比===。【答案】C19122MmGR2vmRGMR1912vv火地MRMR火地地火129123题6假设地球的质量不变，而地球的半径变为原来的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的（）A.2倍B.C.D.2倍2212B题7已知地球两极处的重力加速度为g，赤道上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加速度为a、周期为T，由此可知地球的第一宇宙速度为（）A.B.C.D.2aT2gT2Tag22TaagC题组三同步卫星题82015年12月29日，“高分四号”卫星升空。这是我国“高分”专项首颗高轨道、高分辨率的光学遥感卫星，也是世界上空间分辨率很高、幅宽很大的地球同步轨道遥感卫星。下列关于“高分四号”地球同步卫星的说法中正确的是（）A.该卫星定点在北京上空B.该卫星定点在赤道上空C.它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自转周期的整数倍D.它的周期和地球自转周期相同，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小【解析】A错，B对：“高分四号”地球同步卫星相对地面静止不动，所以必须定点在赤道上空。C、D错：因为地球同步卫星要和地球自转同步，即它们的周期T与角速度相同，根据=mω2r=，可知ω一定，则r一定，且v也是确定的。【答案】B2GMmr2vmr题9如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（）A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小B题10［多选］已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v1、向心加速度大小为a1，近地卫星的线速度大小为v2、向心加速度大小为a2，地球同步卫星的线速度大小为v3、向心加速度大小为a3。设近地卫星距地面的高度不计，同步卫星距地面的高度约为地球半径的6倍，则以下结论正确的是（）A.=B.=C.D.CD23vv6123vv171317aa23491aa题组四卫星变轨问题题11［多选］如图所示，若关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近，并将与空间站在B处对接，已知空间站绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中正确的是（）A.图中航天飞机正加速飞向B处B.航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须点火减速C.根据题中条件可以算出月球质量D.根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小【解析】A对：航天飞机在飞向B处的过程中，受到的引力方向和飞行方向之间的夹角是锐角，使航天飞机加速。B对：由运动的可逆性知，航天飞机在B处要先减速才能由椭圆轨道进入空间站轨道。C对：设绕月球飞行的空间站质量为m，据=可以算出月球质量M。D错：空间站的质量未知，不能计算出空间站受到的月球引力大小。【答案】ABC2MmGr224mrT题12［多选］如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点经极短时间点火变速后进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步轨道上的Q点），到达远地点时再次经极短时间点火变速后，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点经极短时间变速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点经极短时间变速后进入同步轨道后的速率为v4。下列关系正确的是（）A.v1v3B.v4v1C.v3v4D.v4v2BCD题13［多选］某人造地球卫星发射时，先进入椭圆轨道Ⅰ，在远地点A加速变轨进入圆轨道Ⅱ。已知轨道Ⅰ的近地点B到地心的距离近似等于地球半径R，远地点A到地心的距离为3R，则下列说法正确的是（）A.卫星在B点的加速度是在A点加速度的3倍B.在B点地球对卫星的万有引力是在A点地球对卫星万有引力的9倍C.卫星在轨道Ⅱ上的运行周期是在轨道Ⅰ上运行周期的倍D.卫星在轨道I上B点的线速度小于第一宇宙速度BC364题组五双星及多星问题题14经长期观测，人们在宇宙中已经发现了“双星系统”，“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每颗恒星的直径远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体。如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。观测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1∶m2=3∶2。则可知（）A.m1、m2做圆周运动的角速度之比为2∶3B.m1、m2做圆周运动的线速度之比为3∶2C.m1做圆周运动的半径为D.m2做圆周运动的半径为【解析】A错：双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度。C对、D错：设双星的角速度为ω，对m1：=m1r1ω2，对m2，=m2r2ω2，得m1r1=m2r2，。所以r1=，r2=。B错：由v=rω，可知线速度之比。【答案】C25L122mmGL122GmmL122123rmrm25L35L112223vrvr题15［多选］天文观测中观测到有三颗星球位于边长为l的等边三角形三个顶点上（如图6-5-7所示），并沿等边三角形的外接圆做周期为T的匀速圆周运动。已知引力常量为G，不计其他星球对它们的影响，关于这个三星系统，下列