高中物理 第六章 宇宙航行（基础）学案 新人教版必修2

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1、宇宙航行【学习目标】1.会推导第一宇宙速度2.掌握地球（或天体）的卫星各物理量的关系3.理解同步卫星的特点，了解三种宇宙速度4.了解卫星的变轨问题【要点梳理】要点一、天体问题的处理方法要点诠释：（1）建立一种模型天体的运动可抽象为一个质点绕另一个质点做匀速圆周运动的模型（2）抓住两条思路天体问题实际上是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动规律的综合应用，解决问题的基本思路有两条：①利用在天体中心体表面或附近，万有引力近似等于重力即（g为天体表面的重力加速度）②利用万有引力提供向心力。由此得到一个基本的方程，式中a表示向心加速度，而向心加速度又有、、、这样几种表达式，要根据具体问题，把

2、这几种表达式代入方程，讨论相关问题。要点二、人造卫星要点诠释：1.人造卫星将物体以水平速度从某一高度抛出，当速度增加时，水平射程增大，速度增大到某一值时，物体就会绕地球做圆周运动，则此物体就成为地球的卫星，人造地球卫星的向心力是由地球对卫星的万有引力来充当的．(1)人造卫星的分类：卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类．(2)人造卫星的两个速度：①发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度．②环绕速度：卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所具有的速度．由于发射过程中要克服地球的引力做功，所以发射速度越大，卫星离地面

3、越高，实际绕地球运行的速度越小．向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难得多．2．卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．卫星绕地球沿圆轨道运动时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示．要点三、宇宙速度要点诠释：1.第一宇宙速度（环绕速度）指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运

4、动所必须具有的速度，是人造卫星的最小发射速度，其大小为说明：（1）由于在人造卫星的发射过程中，火箭要克服地球的引力做功，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，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近地表面运行，此时发射时的动能全部转化为绕行的动能而不需要转化为重力势能。（2）第一宇宙速度的推导根据万有引力提供向心力可得：所以若已知地球表面的重力加速度，则由万有引力和重力近似相等有所以2.第二宇宙速度（逃逸速度）在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造卫星或飞到其他行星上去所必须的最小发射速度，其大小为3.第三宇宙速度在地面上发射物体，

5、使之能够脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必须的最小发射速度，其大小为要点四、同步卫星要点诠释：1.概念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，又叫通讯卫星．2.基本特征(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致．(2)同步卫星的运行周期与地球自转周期相同．且T＝24h．(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度．(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方．不可能定点在我国某地上空．(5)同步卫星高度固定小变所有同步

6、卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同．由，知，由于T一定，所以r不变，而r＝R+h，h为离地面的高度，，又，代入数据T＝24h＝86400s，g＝9.8m/s2，R＝6400km，得h＝3.6×104km．也就是说，同步卫星必须定位于赤道的正上方，离地面的高度约为3.6×104km．(6)同步卫星的环绕速度大小一定：设其运行速度为v，由于，则(7)三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球．(两极有部分盲区)要点五、地球同步卫星与赤道上随地球做圆周运动的物体以及人造卫星的区别与联系要点诠释：（1）地球同步卫星与赤道上随地球做圆周运动的物体相当于同轴转动的物

7、体，它们的角速度相同，周期相同，线速度关系遵循的关系；（2）地球同步卫星与人造卫星同属于地球卫星，它们之间的关系遵循天体运动所需的向心力由万有引力提供，符合的公式是：，r越大a越小；，r越大v越小，r越大越小；，r越大T越大要点六、卫星的稳定运行与变轨问题要点诠释：当卫星的速度突然增加时，，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，但卫星一旦进入新的轨道运行，由知，其运行速度要减小。当卫星的速度突