資源簡介 (共40張PPT)4.人造衛星宇宙速度5.太空探索(選學)課 標 要 求1.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度.2.了解人造衛星的相關知識,知道地球同步衛星的特點,通過對比“同步衛星、近地衛星、地球赤道上物體”的運動規律,提高推理分析能力.3.了解我國衛星發射情況,增強民族自信,體會人類探索宇宙的成就和科學精神.思 維 導 圖足夠大人造衛星 7.9(3)宇宙速度及其意義 數值 意義第一宇宙速度 ________ km/s 衛星在地球表面附近繞地球做____________的速度第二宇宙速度 ________ km/s 使衛星掙脫________引力束縛的最小地面發射速度第三宇宙速度 ________ km/s 使衛星掙脫________引力束縛的最小地面發射速度7.9勻速圓周運動11.2地球16.7太陽[導學1](1)三個宇宙速度均指衛星的發射速度,而不是軌道上的運行速度.(2)人造地球衛星的發射速度與運行速度的大小關系:v運行≤7.9k m/s≤v發射<11.2k m/s.(3)第一宇宙速度是指在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的速度,是最大的環繞速度,也是最小的發射速度.二、人造地球衛星1.動力學特點一般情況下可認為人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,其向心力由地球對它的________提供.2.地球同步衛星相對于地面靜止,且運動周期與地球________相同的衛星,也稱靜止軌道衛星.地球同步衛星具有以下特點:(1)軌道平面一定:所有的地球同步衛星都在赤道的正上方,其軌道平面必與________重合;(2)繞行方向一定:和地球自轉方向一致;(3)周期一定:和地球自轉周期相同,即T=24 h;(4)高度一定:位于赤道上方高度約3.6×104 km處,距地面高度固定不變.萬有引力自轉周期赤道平面[導學2]衛星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合,而這樣的軌道有多種,其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極上空的極地軌道.當然也存在著與赤道平面呈某一角度的圓軌道.探究點一 第一宇宙速度的理解 導學探究如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落回到地面,它將繞地球做圓周運動,成為地球的人造衛星.(1)什么力使物體繞地球運動?(2)至少需要多大的拋出速度才能成為地球的衛星呢?提示:地球對物體的萬有引力使物體繞地球運動,成為地球的衛星.提示:至少需要7.9 km/s的拋出速度才能使物體成為地球的衛星.歸納總結1.第一宇宙速度的推導對于近地人造衛星,軌道半徑r近似等于地球半徑R=6 400 km,衛星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛星在地面上所受的重力,取g=9.8 m/s2,則答案:A素養訓練1 (多選)神舟十三號載人飛船于2021年10月16日發射升空,于2022年4月14日安全返回,共在軌運行183天,運行軌道可看做圓.它的飛行高度距地面約400 km.已知地球半徑是6 400 km.又已知第一宇宙速度為7.9 km/s,第二宇宙速度為11.2 km/s,地球表面重力加速度為9.8 m/s2則關于神舟十三號的運行數據,合理的判斷有( )A.運行速度小于7.9 km/sB.運行速度大于 7.9 km/s,且小于11.2 km/sC.向心加速度小于9.8 m/s2D.向心加速度大于9.8 m/s2答案:AC答案:B探究點二 人造衛星的運行分析 導學探究如圖甲所示為不同軌道上的人造地球衛星,如圖乙所示為我國的“天宮二號”空間實驗室;“天宮二號”的軌道高度大約是393 km,而地球同步衛星的軌道高度大約是3.6×104 km.思考以下問題:(1)所有做圓周運動的人造衛星的軌道圓心位置有什么特點?(2)“天宮二號”和同步衛星的周期相比較哪個更大?(3)“天宮二號”和同步衛星的線速度、角速度、加速度哪個更大?提示:所有做圓周運動的人造衛星的軌道圓心都位于地心.提示:同步衛星的周期更大.提示:“天宮二號”的線速度、角速度、加速度更大.歸納總結1.人造地球衛星的軌道由于衛星繞地球做勻速圓周運動的向心力由地球對衛星的萬有引力提供,故衛星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合,其運行軌道可分為如下三類(如圖所示):(1)赤道軌道:衛星的軌道與赤道共面,衛星始終處于赤道正上方.(2)極地軌道:衛星的軌道與赤道平面垂直,衛星經過兩極上空.(3)任意軌道:衛星的軌道與赤道平面成某一角度.3.地球同步衛星(1)地球同步衛星:位于地球赤道上方,相對于地面靜止不動,它的角速度跟地球的自轉角速度相同,廣泛應用于通信,又叫同步通信衛星.(2)地球同步衛星的特點項目 內容周期一定 與地球自轉周期相同,即T=24 h=86 400 s角速度一定 與地球自轉的角速度相同高度一定 衛星離地面高度h=r-R≈6R(為恒量)速度大小一定向心加速度大小一定 a=0.23 m/s2軌道平面一定 軌道平面與赤道平面共面典例示范例2 (多選)如圖所示,a為地球赤道上的物體,隨地球表面一起轉動,b為近地軌道衛星,c為同步軌道衛星,d為高空探測衛星.若a、b、c、d繞地球轉動方向相同,且均可視為勻速圓周運動,則4個物體中( )A.a的加速度最大 B.b的線速度最大C.c的角速度最大 D.d的周期大于24小時答案:BD素養訓練3 對同步衛星的認識正確的是( )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,但離地心的距離是一定的C.它只能在赤道的正上方,且離地心的距離是一定的,周期24 hD.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答案:C答案:D1.有關同步衛星,下列表述正確的是( )A.運動周期與地球自轉周期相同的衛星肯定是同步衛星B.同步衛星的發射速度小于第一宇宙速度C.圍繞地球運動的所有同步衛星距地面的高度都必須相同D.可以在北京上空發射一顆同步衛星,用以安全監控答案:C答案:D3.2022年6月5日10時44分,搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射,于17時42分,成功對接于天和核心艙.已知地球半徑約6 400 km,中國空間站距地面約400 km,同步衛星軌道距地面的高度約為36 000 km.則以下有關說法正確的是( )A.空間站中的宇航員不受地球引力B.空間站運行的線速度大于地球第一宇宙速度C.地球赤道上物體的向心加速度小于同步衛星的向心加速度D.空間站的向心加速度小于同步衛星的向心加速度答案:C4.“高分四號”衛星是我國首顆地球同步軌道高分辨率光學成像衛星,關于“高分四號”,下列說法正確的是( )A.“高分四號”衛星距地球如果更近一些,分辨率更高,且仍能保持與地球自轉同步B.“高分四號”衛星繞地球做圓周運動的線速度小于地球的第一宇宙速度7.9 km/sC.“高分四號”衛星的向心加速度小于靜止在赤道上物體的向心加速度D.“高分四號”衛星所受到的向心力與其他同步衛星所受到的向心力大小相等答案:B5.地球繞地軸自轉周期為T,B為赤道上某處,A為地球上北緯60°的某處,地球球體半徑為R,質量為M,萬有引力常量為G,以下判斷正確的是( )答案:B4.人造衛星 宇宙速度5.太空探索(選學)課 標 要 求1.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度.2.了解人造衛星的相關知識,知道地球同步衛星的特點,通過對比“同步衛星、近地衛星、地球赤道上物體”的運動規律,提高推理分析能力.3.了解我國衛星發射情況,增強民族自信,體會人類探索宇宙的成就和科學精神.思 維 導 圖必備知識·自主學習——突出基礎性 素養夯基一、宇宙速度(1)牛頓設想:如圖所示,把物體從高山上水平拋出,如果拋出速度________,物體就不再落回地面,成為________.(2)近地衛星的速度:由G=m,得v=______.用地球半徑R代替衛星到地心的距離 r,可求得v=________ km/s.(3)宇宙速度及其意義數值 意義第一宇宙速度 ________ km/s 衛星在地球表面附近繞地球做____________的速度第二宇宙速度 ________ km/s 使衛星掙脫________引力束縛的最小地面發射速度第三宇宙速度 ________ km/s 使衛星掙脫________引力束縛的最小地面發射速度[導學1](1)三個宇宙速度均指衛星的發射速度,而不是軌道上的運行速度.(2)人造地球衛星的發射速度與運行速度的大小關系:v運行≤7.9k m/s≤v發射<11.2k m/s.(3)第一宇宙速度是指在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的速度,是最大的環繞速度,也是最小的發射速度.二、人造地球衛星1.動力學特點一般情況下可認為人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,其向心力由地球對它的________提供.2.地球同步衛星相對于地面靜止,且運動周期與地球________相同的衛星,也稱靜止軌道衛星.地球同步衛星具有以下特點:(1)軌道平面一定:所有的地球同步衛星都在赤道的正上方,其軌道平面必與________重合;(2)繞行方向一定:和地球自轉方向一致;(3)周期一定:和地球自轉周期相同,即T=24 h;(4)高度一定:位于赤道上方高度約3.6×104 km處,距地面高度固定不變.[導學2]衛星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合,而這樣的軌道有多種,其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極上空的極地軌道.當然也存在著與赤道平面呈某一角度的圓軌道.關鍵能力·合作探究——突出綜合性 素養形成探究點一 第一宇宙速度的理解導學探究如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落回到地面,它將繞地球做圓周運動,成為地球的人造衛星.(1)什么力使物體繞地球運動?(2)至少需要多大的拋出速度才能成為地球的衛星呢? 歸納總結1.第一宇宙速度的推導對于近地人造衛星,軌道半徑r近似等于地球半徑R=6 400 km,衛星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛星在地面上所受的重力,取g=9.8 m/s2,則2.決定因素由第一宇宙速度的計算式v=可以看出,第一宇宙速度的值由中心天體決定,第一宇宙速度的大小取決于中心天體的質量M和半徑R,與衛星無關.3.最小發射速度“最小發射速度”:向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星困難,因為發射衛星要克服地球對它的引力.近地軌道是人造衛星的最低運行軌道,而近地軌道的發射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度.4.最大環繞速度“最大環繞速度”:在所有環繞地球做勻速圓周運動的衛星中,近地衛星的軌道半徑最小,由G=m可得v=,軌道半徑越小,線速度越大,所以在這些衛星中,近地衛星的線速度即第一宇宙速度是最大環繞速度. 典例示范例1 天文興趣小組查找資料得知:某天體的質量為地球質量的a倍,其半徑為地球半徑的b倍,表面無大氣層,地球的第一宇宙速度為v.則該天體的第一宇宙速度為( )A.v B.v C.v D.v素養訓練1 (多選)神舟十三號載人飛船于2021年10月16日發射升空,于2022年4月14日安全返回,共在軌運行183天,運行軌道可看做圓.它的飛行高度距地面約400 km.已知地球半徑是6 400 km.又已知第一宇宙速度為7.9 km/s,第二宇宙速度為11.2 km/s,地球表面重力加速度為9.8 m/s2則關于神舟十三號的運行數據,合理的判斷有( )A.運行速度小于7.9 km/sB.運行速度大于 7.9 km/s,且小于11.2 km/sC.向心加速度小于9.8 m/s2D.向心加速度大于9.8 m/s2素養訓練2 使物體脫離星球的引力束縛,不再繞星球運行,從星球表面發射所需的最小速度稱為第二宇宙速度,星球的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關系是v2=v1.已知某星球的半徑為r,它表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的.不計其他星球的影響,則該星球的第二宇宙速度為( )A. B. C. D.探究點二 人造衛星的運行分析導學探究如圖甲所示為不同軌道上的人造地球衛星,如圖乙所示為我國的“天宮二號”空間實驗室;“天宮二號”的軌道高度大約是393 km,而地球同步衛星的軌道高度大約是3.6×104 km.思考以下問題:(1)所有做圓周運動的人造衛星的軌道圓心位置有什么特點?(2)“天宮二號”和同步衛星的周期相比較哪個更大?(3)“天宮二號”和同步衛星的線速度、角速度、加速度哪個更大? 歸納總結1.人造地球衛星的軌道由于衛星繞地球做勻速圓周運動的向心力由地球對衛星的萬有引力提供,故衛星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合,其運行軌道可分為如下三類(如圖所示):(1)赤道軌道:衛星的軌道與赤道共面,衛星始終處于赤道正上方.(2)極地軌道:衛星的軌道與赤道平面垂直,衛星經過兩極上空.(3)任意軌道:衛星的軌道與赤道平面成某一角度.2.人造地球衛星的運行參量分析由G=m=mrω2=mr=ma可推導出: 當r增大時3.地球同步衛星(1)地球同步衛星:位于地球赤道上方,相對于地面靜止不動,它的角速度跟地球的自轉角速度相同,廣泛應用于通信,又叫同步通信衛星.(2)地球同步衛星的特點項目 內容周期一定 與地球自轉周期相同, 即T=24 h=86 400 s角速度一定 與地球自轉的角速度相同高度一定 衛星離地面高度h=r-R≈6R(為恒量)速度大小一定 v==3 km/s(為恒量)向心加速度大小一定 a=0.23 m/s2軌道平面一定 軌道平面與赤道平面共面 典例示范例2 (多選)如圖所示,a為地球赤道上的物體,隨地球表面一起轉動,b為近地軌道衛星,c為同步軌道衛星,d為高空探測衛星.若a、b、c、d繞地球轉動方向相同,且均可視為勻速圓周運動,則4個物體中( )A.a的加速度最大 B.b的線速度最大C.c的角速度最大 D.d的周期大于24小時素養訓練3 對同步衛星的認識正確的是( )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,但離地心的距離是一定的C.它只能在赤道的正上方,且離地心的距離是一定的,周期24 hD.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素養訓練4 假設量子衛星軌道在赤道平面,如圖所示.已知量子衛星的軌道半徑是地球半徑的m倍,軌道也在赤道平面的同步衛星的軌道半徑是地球半徑的n倍,圖中P點是地球赤道上一點,由此可知( )A.同步衛星與量子衛星的運行周期之比為B.同步衛星與P點的速度之比為C.量子衛星與同步衛星的速度之比為D.量子衛星與P點的速度之比為隨堂演練·自主檢測——突出創新性 素養達標 1.有關同步衛星,下列表述正確的是( )A.運動周期與地球自轉周期相同的衛星肯定是同步衛星B.同步衛星的發射速度小于第一宇宙速度C.圍繞地球運動的所有同步衛星距地面的高度都必須相同D.可以在北京上空發射一顆同步衛星,用以安全監控2.火星直徑約為地球的一半,質量約為地球的十分之一,它繞太陽公轉的軌道半徑約為地球公轉半徑的1.5倍.根據以上數據,以下說法正確的是( )A.火星與地球表面的重力加速度之比約為1∶10B.火星與地球的公轉周期之比約為2∶3C.火星與地球的第一宇宙速度之比約為2∶D.火星與地球受到太陽的引力之比約為2∶453.2022年6月5日10時44分,搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射,于17時42分,成功對接于天和核心艙.已知地球半徑約6 400 km,中國空間站距地面約400 km,同步衛星軌道距地面的高度約為36 000 km.則以下有關說法正確的是( )A.空間站中的宇航員不受地球引力B.空間站運行的線速度大于地球第一宇宙速度C.地球赤道上物體的向心加速度小于同步衛星的向心加速度D.空間站的向心加速度小于同步衛星的向心加速度4.“高分四號”衛星是我國首顆地球同步軌道高分辨率光學成像衛星,關于“高分四號”,下列說法正確的是( )A.“高分四號”衛星距地球如果更近一些,分辨率更高,且仍能保持與地球自轉同步B.“高分四號”衛星繞地球做圓周運動的線速度小于地球的第一宇宙速度7.9 km/sC.“高分四號”衛星的向心加速度小于靜止在赤道上物體的向心加速度D.“高分四號”衛星所受到的向心力與其他同步衛星所受到的向心力大小相等5.地球繞地軸自轉周期為T,B為赤道上某處,A為地球上北緯60°的某處,地球球體半徑為R,質量為M,萬有引力常量為G,以下判斷正確的是( )A.B處重力加速度大于A處重力加速度B.地球同步衛星的軌道半徑為C.經過A處和經過B處的兩顆軌道半徑相同的近地衛星線速度大小不同D.A處相對地面靜止的物體隨地球自轉的向心加速度大小為4.人造衛星 宇宙速度5.太空探索(選學)必備知識·自主學習一、(1)足夠大 人造衛星 (2) 7.9(3)7.9 勻速圓周運動 11.2 地球 16.7 太陽二、1.萬有引力2.自轉周期 (1)赤道平面關鍵能力·合作探究探究點一【導學探究】提示:(1)地球對物體的萬有引力使物體繞地球運動,成為地球的衛星.(2)至少需要7.9 km/s的拋出速度才能使物體成為地球的衛星.【典例示范】例1 解析:設地球質量為M,半徑為r,某天體的質量是地球質量的a倍,其半徑是地球半徑的b倍,衛星沿地球表面做勻速圓周運動的速度為v,則由萬有引力提供向心力得:G=m,解得地球的第一宇宙速度v= ,同理得該天體的第一宇宙速度v天體==v ,A正確.答案:A素養訓練1 解析:根據題意可知,第一宇宙速度為圍繞地球做圓周運動的最大速度,則神舟十三號的運行速度小于7. 9 km/s,B錯誤,A正確;根據萬有引力提供向心力有=ma,由萬有引力等于重力有=mg,由于軌道半徑大于地球半徑,則神舟十三號的向心加速度小于m/s2,D錯誤,C正確.答案:AC素養訓練2 解析:由G=m,G=,聯立解得星球的第一宇宙速度v1=,星球的第二宇宙速度v2=v1=·=,B正確.答案:B探究點二【導學探究】提示:(1)所有做圓周運動的人造衛星的軌道圓心都位于地心.(2)同步衛星的周期更大.(3)“天宮二號”的線速度、角速度、加速度更大.【典例示范】例2 解析:地球上的物體與同步衛星周期相同,由圓周運動向心加速度公式a=ω2r知c的加速度大于a的加速度,對于b、c、d,由萬有引力提供向心力有=ma,即a=,衛星軌道半徑小的加速度大,即b的加速度最大,A錯誤;由圓周運動線速度與角速度關系式v=ωr得c的速度大于a的速度,對于b、c、d,由=得衛星運行速度為v= ,衛星軌道半徑越小,速度越大,即b的線速度最大,B正確;對于b、c、d,由萬有引力提供向心力有=mω2r得角速度為ω=,對于b、c、d,衛星軌道半徑越小,角速度越大,又由于a、c角速度相同,所以b的角速度最大,C錯誤;由開普勒第三定律=k,對于b、c、d,隨著半徑增加,衛星運行周期增加,c為同步軌道衛星,周期為24小時,d的周期大于24小時,D正確.答案:BD素養訓練3 解析:同步衛星相對于地球靜止,則同步衛星的環繞周期與地球自轉周期相同,為24 h;根據G=mr()2得T= 可知,T一定,則同步衛星的軌道半徑r一定,即離地心的距離是一定的,離地面的高度是一定的,且同步衛星只能位于在赤道的正上方,故選C.答案:C素養訓練4 解析:由開普勒第三定律=可知=,所以同步衛星與量子衛星的運行周期之比為 ,A錯誤;由于同步衛星的周期與地球自轉周期相同,由v=ωr=r可得同步衛星與P點的速度之比為v同∶vP=n∶1,B錯誤;由G=m解得v= ,所以量子衛星與同步衛星的速度之比為== ,C錯誤;量子衛星與P點的速度之比為=·= ,D正確.答案:D隨堂演練·自主檢測1.解析:同步衛星是指與地球相對靜止的衛星,這種衛星繞地球轉動的角速度與地球自轉的角速度相同,而且軌道平面只能與赤道平面重合,其他軌道上周期是24小時的衛星卻不是同步衛星,北京不在赤道上,故同步衛星不能定點在北京上空,A、D錯誤;第一宇宙速度是所有衛星的最小發射速度,同步衛星的發射速度大于第一宇宙速度,B錯誤;根據萬有引力提供向心力=m(R+h)可得h=-R,其中M為地球質量,T為地球自轉周期,R是地球半徑,因此所有地球同步衛星距地面的高度都是相同的,故C正確.答案:C2.解析:在星球表面有mg=G,所以有===,A錯誤;根據開普勒第三定律得==,B錯誤;在星球表面有G=m,所以有==,C錯誤;根據萬有引力公式得==,D正確.答案:D3.解析:空間站中的宇航員受地球的引力,A錯誤;第一宇宙速度是環繞地球表面運行衛星的運動速度,是最大的環繞速度,空間站線速度小于地球第一宇宙速度,B錯誤;赤道上物體與同步衛星角速度相同,由a=ω2r可知地球赤道上物體的向心加速度小于同步衛星的向心加速度,C正確;根據G=ma,空間站的向心加速度大于同步衛星的向心加速度,故D錯誤.答案:C4.解析:所有同步衛星都具有相同的周期、相同的離地高度和相同的速率,“高分四號”衛星距地球更近一些,不能保持與地球自轉同步,A錯誤;根據萬有引力提供向心力G=有v= ,第一宇宙速度對應的軌道半徑為地球的半徑,“高分四號”衛星的軌道半徑比地球半徑大,所以其繞地球做圓周運動的線速度小于第一宇宙速度7.9 km/s,B正確;根據向心加速度a=,“高分四號”衛星與靜止在赤道上的物體具有相同的周期,所以“高分四號”衛星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度,C錯誤;由于“高分四號”衛星與其他同步衛星的質量有可能不同,地球對它們的引力(充當向心力)大小也可能不同,向心力大小不能判斷,故D錯誤.答案:B5.解析:由題意可知,萬有引力提供向心力,則=ma,a=,半徑不變,重力加速度不變,故A錯誤;由=mR,R=,故B正確;由題意可知=m,v= ,經過A處和經過B處的兩顆軌道半徑相同的近地衛星線速度大小相等,C錯誤;由題意可得,相對地面靜止的物體隨地球自轉,則有=m=mR=ma1,解得a1=R,D錯誤.答案:B 展開更多...... 收起↑ 資源列表 教科版高中物理必修第二冊3-4-5人造衛星 宇宙速度 太空探索(選學)課件.ppt 教科版高中物理必修第二冊3-4-5人造衛星 宇宙速度 太空探索(選學)課時學案含答案.docx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫