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知識回顧 兩條基本思路 1 萬有引力等于重力 2 萬有引力提供向心力 中國人的飛天夢 外國人的 飛天 夢 一 宇宙速度 平拋運動演示 讓物體做平拋運動初速度逐漸增大 問題情境 思考討論一 地面上的物體 怎樣才能成為人造衛(wèi)星呢 通過觀看動畫回答下列問題 1 平拋物體水平初速度逐漸增大 物體的落地點怎樣變化 2 若拋出物體的水平初速度足夠大 物體將會怎樣 試大膽猜想 越來越遠 物體不再落回地面 思考 它將繞地球運動成為地球的一顆衛(wèi)星 一 宇宙速度牛頓的猜想 牛頓的手稿 想一想 物體初速度達到多大時就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢 方法一 由于衛(wèi)星在地球表面附近環(huán)繞 衛(wèi)星做圓周運動的向心力可看作由重力提供 問題一 設(shè)地球的質(zhì)量為M 繞地球做勻速圓周運動的飛行器的質(zhì)量為m 飛行器的速度為v 他到地心的距離為地球半徑R 求飛行速度v 若已知地球表面重力加速度g 9 8m s2 R 6400km 方法二 萬有引力提供物體作圓周運動的向心力 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 v1 7 9km s 它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度 說明 如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度 衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn) 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 討論 在地面附近發(fā)射飛行器時如果發(fā)射速度大于7 9Km S 或者更大時會對飛行器的運行軌道有何影響 如果速度繼續(xù)增加 達到或大于11 2km s時 它就會克服地球的引力 永遠離開地球 成為繞太陽運動的一顆人造行星 如果大于7 9km s 而小于11 2km s 衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行 地心就成為橢圓軌道的一個焦點 第二宇宙速度 物體克服地球引力 永遠脫離地球的速度 第三宇宙速度 物體掙脫太陽引力 飛出太陽系的速度 逃逸速度 繞地球運動的軌跡就不再是圓 而是橢圓 發(fā)射速度越大 橢圓軌道越 扁 第一宇宙速度 物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度 不同天體有各自的第一宇宙速度 如果衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度 衛(wèi)星將落回地面 閱讀教材并回答 三種宇宙速度 發(fā)射速度 二 人造地球衛(wèi)星運動規(guī)律 探究二 將各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動 你能推出衛(wèi)星環(huán)繞速度 角速度 周期 向心加速度與軌道半徑的關(guān)系嗎 1 2 3 4 r越大 高 v越小 r越大 越小 r越大 T越大 r越大 an越小 思考 第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大速度還是最小速度 r最小 是最大環(huán)繞速度 向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時 需要的初速度大 因為衛(wèi)星離開地面向上運動速度會減小 所以發(fā)射的軌道越高發(fā)射時的初速度就越大 思考討論三 將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大 哪一個更容易 為什么 注意 宇宙速度均指發(fā)射速度 衛(wèi)星的環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度 思考 第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最大速度還是最小速度 r最小 是最小發(fā)射速度 歸納 第一宇宙速度是最小發(fā)射速度 也是最大環(huán)繞速度 如圖所示 A B C D四條軌道中不能作為衛(wèi)星軌道的是哪一條 思考 人造地球衛(wèi)星的運行軌道 人造地球衛(wèi)星 答案 D 軌道中心 地心 提供向心力 萬有引力 所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓或橢圓軌道上三類人造地球衛(wèi)星軌道 赤道軌道 衛(wèi)星軌道在赤道平面 衛(wèi)星始終處于赤道上方 極地軌道 衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直 衛(wèi)星通過兩極上空 一般軌道 衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度 人造地球衛(wèi)星的運行軌道 地球同步衛(wèi)星 問題 你能否形象的描述它的軌道 軌道與赤道重合 衛(wèi)星位于赤道的正上方的某一高度 如何發(fā)射同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星 相對于地面靜止 公轉(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星 1 特點 定周期 T 24h 86400s 定點 相對于地面靜止 定軌道 同步衛(wèi)星軌道必須在赤道上空 定高度 由 定速度 由于同步衛(wèi)星高度確定 其軌道半徑即確定 因此線速度 角速度大小均不變 定加速度 由于同步衛(wèi)星高度確定 其軌道半徑即確定 因此向心加速度大小也不變 2 兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1 m2 1 2 軌道半徑之比R1 R2 3 1 下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是 A 周期之比T1 T2 3 1B 線速度之比v1 v2 3 1C 向心力之比F1 F2 1 9D 向心加速度之比a1 a2 1 9 例題分析 1 人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大 則 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 1999年5月10日 我國成功地發(fā)射了 一箭雙星 將 風云1號 氣象衛(wèi)星和 實驗5號 科學實驗衛(wèi)星送入離地面870km的軌道 已知地球半徑為6400km 這兩顆衛(wèi)星的運動速度約為 A 11 2km sB 7 9km sC 7 4km sD 2 1km s C 例題分析 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 V1 它是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度 也是地球衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的最大速度 2 如果衛(wèi)星的發(fā)射速度 第一宇宙速度 衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn) 這個速度衛(wèi)星剛好能在地球表面附近做勻速圓周運動 如果 這個速度 衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行 地心就成為橢圓軌道的一個焦點 填 大于 小于 或 等于 7 9km s 小于 等于 大于 練習 2 同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星 關(guān)于同步衛(wèi)星的說法中正確的是 A 它可以在地面上任一點的正上方 且離地心的距離可按需要選擇不同值B 它可以在地面上任一點的正上方 但離地距離是一定的C 它只能在赤道的正上方 但離地心的距離可按需要選擇不同值D 它只能在赤道的正上方 且離地心的距離是一定的 D 3 關(guān)于第一宇宙速度 下面說法正確的是 A 它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度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)星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度 BC 1 宇宙速度第一宇宙速度 V1 7 9km s 衛(wèi)星剛好能在地表附近作圓周運動第二宇宙速度 V2 11 2km s 衛(wèi)星掙脫地球引力束縛第三宇宙速度 V3 16 7km s 衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛 小結(jié) 2 同步衛(wèi)星 在赤道上方與地面相對靜止 所有物理量都是定值 唯有質(zhì)量可以變化 為夢想而努力