高一物理《宇宙航行》课件1 （人教版必修一）

欢迎进入物理课堂 6 5宇宙航行 一 人造卫星的发射原理 牛顿设想 抛出速度很大时 物体就不会落回地面 设地球质量为M 半径为R 人造地球卫星在圆轨道上运行 质量为m 轨道半径为r 那么 在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算 卫星离地心越远 它运行的速度越慢 这就是人造地球卫星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 近地面的卫星的速度是多少呢 二 宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 V1 7 9km s 地球 11 2km s v 7 9km s 2 第二宇宙速度 脱离速度 V2 11 2km s V3 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 人造行星 人造恒星 人造卫星 概念辨析发射速度和运行速度 1 发射速度 是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度 2 运行速度 是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度 r v 近地卫星 其它卫星 宇宙速度均指发射速度 第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度 也是环绕地球运行的最大速度 三 人造卫星的运动规律 可见 v T与r为一一对应关系 练习 求近地卫星的周期 我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗 四 人造卫星的超重和失重 1 发射和回收阶段 发射 2 沿圆轨道正常运行 只受万有引力 即重力 天平 弹簧秤测重力 液体压强计 回收 与重力有关的现象将消失 3倍 例题 一物体在地球表面重16N 它在以5m s2的加速度加速上升的火箭中的视重为9N 则此火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍 地球表面g 10m s2 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 同步轨道 自转轴 人造卫星的轨道 五 地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星 它在轨道上做匀速圆周运动 跟地球自转同步 它的周期 T 24h 有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星 其运动方向与地球的自转方向相同 轨道半径为2R R为地球半径 地球自转的角速度为 0 若某时刻卫星经过赤道上某幢楼房的上空 那么卫星再次经过这幢楼房的上空时 需经历的时间为 A B C D 练习 A 地球同步卫星的特点 地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h处 1 所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道上 静止轨道 即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合 卫星离地面高度为定值 2 对同步卫星 其r h v T g 均为确定值 同步卫星 为了卫星之间不互相干扰 大约3 左右才能放置1颗 这样地球的同步卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星 同步卫星 月球三者比较 凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程 即 重力 万有引力 向心力 2 两颗人造地球卫星质量之比m1 m2 1 2 轨道半径之比r1 r2 3 1 下列有关数据之比正确的是 A 周期之比T1 T2 3 1B 线速度之比v1 v2 3 1C 向心力之比F1 F2 1 9D 向心加速度之比a1 a2 1 9 例题分析 1 人造地球卫星的轨道半径越大 则 A 速度越小 周期越小B 速度越小 加速度越小C 加速度越小 周期越大D 角速度越小 加速度越大 BC D 3 1999年5月10日 我国成功地发射了 一箭双星 将 风云1号 气象卫星和 实验5号 科学实验卫星送入离地面870km的轨道 已知地球半径为6400km 这两颗卫星的运动速度约为A 11 2km sB 7 9km sC 7 4km sD 2 1km s C 例题分析 4 在某星球表面上以v0竖直上抛一物体 经时间t回到抛出点 问在此星球上至少以多大的速度水平抛出该物 才能使该物不再回到星球上 设星球的半径为R 例题分析 竖直上抛 近地运行 竖直上抛运动与万有引力综合 5 根据观察 在土星外层有一个环 为了判断环是土星的连续物还是小卫星群 可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系 下列判断正确的是 A 若V与R成正比 则环为连续物 B 若V2与R成正比 则环为小卫星群 C 若V与R成反比 则环为连续物 D 若V2与R成反比 则环为小卫星群 例题分析 AD 6 同步卫星离地心距离r 运行速率为V1 加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为V2 地球半径为R 则A B C D 例题分析 AD 7 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 R0表示地球的半径 g0表示地面处的重力加速度 0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 例题分析 8 在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机外表面 有一隔热陶磁片自动脱落 则 A 陶磁片做平抛运动B 陶磁片做自由落体运动C 陶磁片按原轨道做匀速圆周运动D 陶磁片做圆周运动 逐渐落后于航天飞机 C 例题分析 9 如图所示 a b c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星 下列说法正确的是 A b c的线速度大小相等 且大于a的线速度 B b c的向心加速度大小相等 且大于a的向心加速度 C c加速可追上同一轨道上的b b减速可等候同一轨道上的c D a卫星由于某原因 轨道半径缓慢减小 其线速度将增大 例题分析 D 10 若飞船要与轨道空间站对接 飞船为了追上轨道空间站 A 可以从较低的轨道上加速B 可以从较高的轨道上加速C 可以从与空间站同一轨道上加速D 无论在什么轨道上 只要加速都行 例题分析 A 从较高的轨道上减速 要实现飞船与轨道空间站对接很困难 11 关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中 正确的是 A 知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期 再利用引力恒量 就可算出地球质量B 两颗人造地球卫星 只要它们的绕行速率相等 不管它们的质量 形状差别有多大 它们的绕行半径和绕行周期一定是相同的C 原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后 若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞 只要将后者速率增大一些即可D 一艘绕火星飞行的宇宙飞船 宇航员从舱内慢慢走出并离开飞船 飞船因质量减小 所受万有引力减小 故飞行速度减小 AB 12 科学家在望远镜中看到太阳系以外某一恒星有一行星 测得它围绕该恒星运行一周的时间为1200年 它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍 假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周 仅由以上两个数据可以求出的量有 A 恒星质量与太阳质量之比B 恒星密度与太阳密度之比C 行星质量与地球质量之比D 行星运行速度与地球公转速度之比 AD 13 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后经点火将卫星送入椭圆轨道2 然后再次点火 将卫星送入同步轨道3 轨道1 2相切于Q点 2 3相切于P点 则当卫星分别在1 2 3轨道上正常运行时 下列说法中正确的是 A 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B 卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 D 14 两个星球组成双星 它们在相互之间的万有引力作用下 绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动 现测得两星中心距离为R 其运动周期为T 求两星的总质量 15 一卫星绕某行星做匀速圆周运动 已知行星表面的重力加速度为g行 行星的质量M与卫星的质量m之比M m 81 行星的半径R行与卫星的半径R卫之比R行 R卫 3 6 行星与卫星之间的距离r与行星的半径R行之比r R行 60 设卫星表面的重力加速度为g卫 则在卫星表面有GMm r2 mg卫 经过计算得出 卫星表面重力加速度为行星表面的重力加速度的1 3600 上述结果是否正确 若正确 列式证明 若错误 求出正确结果 16 中子星是恒星演化过程的一种可能结果 它的密度很大 现有一中子星 观测到它的自转周期为T 1 30 S 问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定 不致因自转而瓦解 计算时星体可视为均匀球体 引力常数G 6 67 10 11m2 kg s2 17 我国已启动月球探测计划 嫦娥工程 图为设想中的 嫦娥一号 月球探测器飞行路线示意图 1 在探测器飞离地球的过程中 地球对它的引力 填 增大 减小 不变 2 已知月球与地球质量之比为M月 M地 1 18 当探测器飞至月地连线上某点P时 月球与地球对它的引力恰好抵消 此时P到月球球心与地球球心的距离之比为 3 结合图中信息 通过推理 可以得出的结论是 探测器飞离地球时速度方向指向月球 探测器经过多次轨道修正 进入预定绕月轨道 探测器绕地球的旋转方向与绕地球的旋转方向一致 探测器进入绕月轨道后 运行半径逐渐减小 直至到达预定轨道A B C D 减小 1 9 D 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