2019-2020年高中物理 第六章 万有引力与航天（2）学案新人教版必修2

《2019-2020年高中物理 第六章 万有引力与航天（2）学案新人教版必修2》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2019-2020年高中物理第六章万有引力与航天（2）学案新人教版必修2【学习目标】1、理解三种宇宙速度的物理意义，数值及第一宇宙速度的推导2、掌握人造卫星的运行规律及地球同步卫星的特点3、会处理分析卫星的变轨及追击问题【重点难点】1、三种宇宙速度的物理意义2、卫星的变轨与追击问题【导学】一、卫星的运动规律1．卫星的轨道特点：一切卫星轨道的圆心与地心重合。因为万有引力提供向心力，故地心和轨道的圆心重合。2．卫星的动力学特点：卫星绕地球的运动近似看成圆周运动，万有引力提供向心力，类比行星绕太阳的运动规律，同样可得：G＝m＝mω2r＝m

2、r＝ma，可推导出：＝越高越慢3．同步卫星的特点相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星。同步卫星有以下“七个一定”的特点：(1)轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面。(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24h。(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。(4)高度一定：由G＝m(R＋h)得地球同步卫星离地面的高度h＝－R≈6R＝3.6×107m。(5)速率一定：v＝＝3.1×103m/s。(6)向心加速度一定：由G＝ma得a＝＝gh＝0.23m/s2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度

3、。(7)绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。4．同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较如图所示，用A代表同步卫星，B代表近地卫星，C代表赤道上的物体。用M代表地球质量，R代表地球半径，h代表同步卫星离地表的高度。(1)同步卫星A与近地卫星B的比较：同步卫星A和近地卫星B都是卫星，绕地球运行的向心力由地球对它们的万有引力提供，所以卫星的运动规律都适用。由v＝，T＝2π，a＝，可得＝，＝，＝。(2)同步卫星A与赤道上物体C的比较：赤道上的物体C随地球自转的向心力由万有引力的一个分力提供，所以卫星的运动规律对赤道上的物体不适用。但因C

4、和A的周期T相同，故可用圆周运动的知识分析。由v＝，a＝可得，＝，＝。综上可知，对同步卫星A、近地卫星B和赤道上的物体C而言，有TA＝TC＞TB，vB＞vA＞vC，aB＞aA＞aC。二、宇宙速度1．第一宇宙速度的理解和推导(1)在人造卫星的发射过程中火箭要克服地球的引力做功，所以将卫星发射到越高的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，故人造卫星的最小发射速度对应将卫星发射到贴近地面的轨道上运行。故有：G＝m，v1＝＝7.9km/s。或mg＝m，v1＝＝7.9km/s。(2)第一宇宙速度的两个表达式，不仅适用于地球，也适用于其他星球，只

5、是M、R、g应是相应星球的质量、半径和表面的重力加速度。2．三种宇宙速度的比较宇宙速度数值意义第一宇宙速度(环绕速度)7.9km/s卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，最大环绕速度。若7.9km/s≤v<11.2km/s，物体绕地球运行第二宇宙速度(脱离速度)11.2km/s物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。若11.2km/s≤v<16.7km/s，物体绕太阳运行第三宇宙速度(逃逸速度)16.7km/s物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。若v≥16.7km/s，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行三、卫星的变轨、能量及追赶(对接)1．卫

6、星的变轨(1)变轨原理及过程人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。①为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。②在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。③在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。④过程简图：(2)三个运行物理量的大小比较①速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB。②加速度：因

7、为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。③周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1＜T2＜T3。2．卫星运行中的能量问题(1)卫星(或航天器)在同一圆形轨道上运动时，机械能不变。(2)航天器在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。3．卫星的追及和相遇问题(1)典型问题卫星运动中的“追及问题”研究的是“两个在不同的圆周轨道上运动的物体，何时相距最近(即

8、相遇)或最远”的问题。相距最近的含义是：两个卫星(或物体)和圆周轨道的圆心三点在同一条直线上，且两个卫星(或物体)在圆心同侧；相距最远的含义是：两个卫星(或物体)和圆周轨道的圆心三点在同一条直线上，且两个卫星(或物体)在圆心异侧。(2