高一物理《人造地球卫星》课件 （人教版必修一）

欢迎进入物理课堂 第2节人造地球卫星宇宙速度 东方红一号 侦察卫星 风云一号 气象卫星 科学探测卫星 一 发射原理 第2节人造地球卫星宇宙速度 1 牛顿的设想图 2 近地发射速度 二 卫星的运行 圆周轨道 原理 结论 卫星运动与m无关 v T由r唯一决定 三 卫星的发射和变轨 四 同步卫星 mg GMm r2 ma mv2 r mr 2 mr4 2 T2 五 卫星的应用 V1 7 9Km s V2 11 2Km s V3 16 7Km s 三种宇宙速度 v1是最小近地发射速度 也是最大运行速度 作业 知一 比例法 一题多解 卫星变轨 双星 黑洞 比较 重力 相遇 空间 牛顿人造地球卫星的设想图 平抛 洲际导弹 人造卫星 增大 人造地球卫星的最小速度有多大呢 1 第一宇宙速度 环绕速度 卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供 万有引力近似等于重力mg 卫星运行半径近似看作地球半径 根据牛顿第二定律得 mg GMm R2 mv2 R 最小的近地发射速度 近地发射时速度等于这个速度卫星 刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动 v1 7 9km s v 7 9km s v2 11 2km s 第二宇宙速度 脱离速度 11 2km s v 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 16 7km s 绕地球作匀速圆周运动的卫星 其所需向心力由万有引力提供 二 卫星的运行 圆周轨道 万有引力 向心力 重力近似 万有引力 基本方程 辅助方程 A B C 高轨道卫星的运行速度小 容易发射 火箭要克服地球对它的引力做更多的功 v1是最小近地发射速度 也是最大运行速度 无能量补充 轨道速度 v1 7 9km s 神五发射 卫星发射的轨迹 三 人造地球卫星的变轨道 卫星回收 下列说法是否正确 为什么 人造地球卫星由于大气阻力的作用 轨道半径逐渐减小 它的线速度将逐渐减小 而周期逐渐增大 解 由于阻力做负功 所以线速度减小 由于T 2 R v所以周期变大 故结论正确 卫星绕地球作匀速圆周运动 半径在逐渐减小 Tmin 神五回收 通信卫星 气象卫星 资源卫星 技术实验卫星 人造卫星的种类 四 同步通讯卫星 2 同步卫星的轨道如何确定 1 地球同步卫星相对于地面静止 周期与地球相同 同步卫星必须位于赤道平面上空 GmM r2 mr4 2 T2 h r R 同步卫星离地面高度36000公里 3 同步卫星的个数 大约3度角左右才能放置一颗卫星 地球的同步通讯卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 近地与同步 同步卫星发射 卫星的超重与失重 我国的卫星事业 卫星的应用 g GM r2 G mg 9 8 107N M不同 g不同 G F 1 47 1012 D 课本P92 中心M r 环绕m R BC 课本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 求月球上物体质量 求月球质量 E 同步卫星的质量都相等 r 6 2 10 地 环绕速度v 8 4 103 v1 设月地距离r保持不变 随着采矿的进行 地球质量M增大 月球质量m减小 F万减小 当飞越质量密集区时 可以认为重心上移动 r减小 v增大 课本P104 例1 在圆轨道上运动的质量为m的人造卫星 它到地面的距离等于地球半径R 地面上的重力加速度为g 则 A卫星运动的速度为B卫星运动的周期为C卫星的加速度为g 2D卫星的动能为mgR 4 知一求其他 mg GMm R2 GM gR2 r R h 2R BD 自转1 近地2 同步3 月球4 自转 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 比较下列4颗卫星运动物理量 r T v a 大小 自转 近地 同步 月球 v3 3 1km s v2 7 9km s a GM r2 比较物理量大小 例1 有两颗人造地球卫星质量之比m1 m2 1 2 它们运行线速度之比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 轨道半径之比r1 r2 4 1D 周期之比T1 T2 8 1 ACD 比例法 例1 一颗人造地球卫星距地面的高度为h 设地球半径为R 卫星运动周期为T 地球表面处的重力加速度为g 则该同步 卫星的线速度的大小应该为 BC A B2 h R T C D 一题多解 例2 用m表示地球通讯卫星 同步卫星 的质量 h表示它离开地面的高度 R表示地球的半径 g表示地面处的重力加速度 表示地球自转的角速度 则通讯卫星所受的地球对它的万有引力的大小为 BC GMm r2 mr 2 GM gR2 F GMm r2 mgR2 R h 2 v2 v1 v4 v3 v1 v4 v2 v1 v4 v3 卫星的变轨 A B 知小圆半径为R 周期为T 大圆半径为r 求卫星从A跃迁到B的时间 提示 用开普勒第3定律求解 比较下列速度大小 解 设 光子 的质量为m 由于光不能从太阳射出 设 光子 恰好绕太阳 黑洞 作近地匀速圆周运动 向心力由万有引力提供 由牛顿第二定律得 黑洞 例 已知太阳的质量M 2 0 1030kg 光的速度c 3 0 108m s 试估算太阳如果演变成了黑洞 它的半径将变成多少 双星 例 在天体运动中 把两颗相距很近的恒星称为双星 这两颗星必须各自以一定的速率绕某一中心转动才不至于由于万有引力而吸在一起 已知两恒星的质量分别为M1和M2两恒星距离为L 求 1 两恒星转动中心的位置 2 转动的角速度 L M1 M2 r1 L r1 解 如图所示 两颗恒星分别以转动中心O作匀速圆周运动 角速度 相同 设M1的转动半径为r1 M2的转动半径为r2 L r1 它们之间的万有引力是各自的向心力 由后两式相等解得得 由前两式相等解得得 例 某行星上一昼夜的时间为T 6h 在该行星赤道处用弹簧秤测得一物体的重力大小比在该行星两极处小10 则该行星的平均密度是多大 G取6 67 10 11N m2 kg2 例 设某种原因地球自转的加快 当角速度等于多少时 赤道上物体的重力为零 解 万有引力全部提供自转向心力 重力的变化 例 如图所示 有A B两个卫星绕地球做圆周运动 旋转方向相同 A卫星的周期为T1 B卫星的周期为T2 在某一时刻两卫星第一次相遇 即两卫星距离最近 求 1 多少时间后两卫星第二次相遇 2 多少时间后两卫星第一次相距最远 t 2 解 A星转得快 设相遇时B转过角度为 则A转过角度为 2 设经过的时间为 t 卫星的相遇 例1 2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星 其定点位置与东经98 的经线在同一平面内 若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似为东经98 和北纬a 40 已知地球半径R 地球自转周期T 地球表面重力加速度g 视为常数 和光速c 试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间 要求用题给的已知量的符号表示 解 如图知同步卫星的周期T可求出卫星圆周半径r量 由牛顿第二定律得 设嘉峪关到同步卫星的距离为l 如图4 5 1所示 由余弦定律得 l 所求的时间为t l c 得 空间的确定 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全