1、第五節(jié)宇第五節(jié)宇 宙宙 航航 行行“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星簡(jiǎn)稱“嫦娥三號(hào)”，是嫦娥繞月探月工程計(jì)劃中嫦娥系列的第三顆人造繞月探月衛(wèi)星“嫦娥三號(hào)”要攜帶探測(cè)器在月球著陸，實(shí)現(xiàn)月面巡視、月夜生存等重大突破，開(kāi)展月表地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造、礦物組成和化學(xué)成分等探測(cè)活動(dòng)根據(jù)中國(guó)探月工程三步走的規(guī)劃，中國(guó)將在2013年前后進(jìn)行首次月球軟著陸探測(cè)和自動(dòng)巡視勘察1了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，知道其運(yùn)動(dòng)規(guī)律2知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度3了解人類探索宇宙的成就課前預(yù)習(xí)一、人造衛(wèi)星1牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大可以想象，當(dāng)初速度_時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)落到地

2、面，將和月球一樣成為地球的一顆人造地球衛(wèi)星2人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力作用，人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由_提供足夠大萬(wàn)有引力_二、宇宙速度1_的速度，叫做第一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度2近地衛(wèi)星的軌道半徑為：r_，萬(wàn)有引力提供向心力，則有 .從而第一宇宙速度為：v_km/s.3第二宇宙速度的大小為_(kāi)如果在地面附近發(fā)射飛行器，發(fā)射速度7.9 km/sv11.2 km/s；則它繞地面運(yùn)行的軌跡是_4第三宇宙速度的大小為_(kāi)，即若在地面附近發(fā)射一個(gè)物體，使物體能夠掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外，則必須使它的速度等于或大于第三宇宙速度16.7

3、km/s物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)R2GMmR2vmRGMR7.911.2 km/s橢圓人造衛(wèi)星的軌道有什么特點(diǎn)？衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)有哪些規(guī)律？1衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，其周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系遵循開(kāi)普勒第三定律衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)行時(shí)，由于地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心力，而萬(wàn)有引力指向地心，所以，地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，也可以和赤道平面垂直，還可以和赤道平面成任一角度，如圖所示2運(yùn)行規(guī)律人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供向心

4、力，設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r，線速度大小為v，角速度為，周期為T，向心加速度為a.3衛(wèi)星變軌在人造衛(wèi)星的運(yùn)行過(guò)程中，由中心天體對(duì)衛(wèi)星的萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力當(dāng)萬(wàn)有引力恰好充當(dāng)向心力時(shí)，衛(wèi)星在原軌道上運(yùn)動(dòng)，若所需向心力大于或小于萬(wàn)有引力時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離原軌道，發(fā)生變軌名師提示：人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)情況(線速度、角速度、周期等)是由其軌道半徑r唯一決定的，與衛(wèi)星自身的質(zhì)量等因素?zé)o關(guān)在軌道半徑、線速度、角速度和周期這四個(gè)物理量中，當(dāng)一個(gè)量發(fā)生變化時(shí)，另外三個(gè)量會(huì)同時(shí)發(fā)生變化(1)當(dāng)衛(wèi)星速度變小時(shí)，由F向m 知其繞行所需向心力減小，但萬(wàn)有引力提供的向心力不變，故衛(wèi)星軌道半徑減小(2)當(dāng)衛(wèi)星速度變大時(shí)，其繞行所需

5、向心力增加，但萬(wàn)有引力提供的向心力不變，故衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑增加2vr嘗試應(yīng)用1人造衛(wèi)星以地心為圓心，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于其各物理量間的關(guān)系，下面說(shuō)法正確的是()A半徑越大，速度越小，周期越小B半徑越大，速度越小，周期越大C所有衛(wèi)星的線速度均是相同的，與半徑無(wú)關(guān)D所有衛(wèi)星的角速度均是相同的，與半徑無(wú)關(guān)答案：B怎樣理解第一宇宙速度？怎樣區(qū)分人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和繞行速度？1第一宇宙速度的推導(dǎo)2第一宇宙速度的意義當(dāng)衛(wèi)星距地心的距離越遠(yuǎn)，由v 可知，運(yùn)動(dòng)的速度越小，所以7.9 km/s是人造衛(wèi)星環(huán)繞地球的最大運(yùn)動(dòng)速度，叫第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度它是發(fā)射人造衛(wèi)星所必須具備的最小速度(1)如果衛(wèi)星

6、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(yùn)轉(zhuǎn)；(2)如果衛(wèi)星的速度等于這個(gè)速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；(3)如果衛(wèi)星的速度大于7.9 km/s而小于11.2 km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行，地心就成為橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)MGr3人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和繞行速度(1)發(fā)射速度是指將人造衛(wèi)星送入預(yù)定軌道運(yùn)行所必須具有的速度要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度因此，第一宇宙速度又是最小的發(fā)射速度衛(wèi)星離地面越高，衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小，其運(yùn)行速度即第一宇宙速度(2)運(yùn)行速度是指衛(wèi)星在進(jìn)入軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度

7、根據(jù)v 可知，衛(wèi)星越高，半徑越大，衛(wèi)星的運(yùn)行速度(環(huán)繞速度)就越小MGr名師提示：本節(jié)中的宇宙速度是指在地球上滿足不同要求的發(fā)射速度，不能理解成運(yùn)行速度使物體成為衛(wèi)星，7.9 km/s是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，要使衛(wèi)星在較高的軌道上運(yùn)行，就必須使發(fā)射速度大于7.9 km/s，即v發(fā)7.9 km/s.衛(wèi)星的繞行速度v7.9 km/s，即7.9 km/s是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，即衛(wèi)星緊“貼”地面的環(huán)繞速度 嘗試應(yīng)用2關(guān)于第一宇宙速度，下列說(shuō)法中正確的是()A它是人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的最小速度B它是人造衛(wèi)星在近地圓形軌道上的遠(yuǎn)行速度C它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道的最小發(fā)射速度D它是衛(wèi)星在橢圓軌道

8、上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度解析：第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，離地越遠(yuǎn)，速度越小衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，在近地點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明在近地點(diǎn)的速度大于環(huán)繞速度答案：BC人造衛(wèi)星的v、T與r的關(guān)系 如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是()A根據(jù)v ，可知vAvBFBFCC角速度ABCD向心加速度aAaBaCgr名師歸納：衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其向心加速度a、線速度v、角速度、轉(zhuǎn)速(每秒轉(zhuǎn)的圈數(shù))n和周期T都跟衛(wèi)星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，但與中心天體的質(zhì)量有關(guān)；不同的衛(wèi)星繞同一中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軌道半徑越大，則周期T也越大，但向心加速

9、度a、線速度v、角速度和轉(zhuǎn)速n越小答案：C變式應(yīng)用1(2012年山東理綜)2011年11月3日，“神州八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器成功實(shí)施了首次交會(huì)對(duì)接任務(wù)完成后“天宮一號(hào)”經(jīng)變軌升到更高的軌道，等待與“神州九號(hào)”交會(huì)對(duì)接變軌前和變軌完成后“天宮一號(hào)”的運(yùn)行軌道均可視為圓軌道，對(duì)應(yīng)的軌道半徑分別為R1、R2，線速度大小分別為v1、v2.則等于 ()12vv答案：B第一宇宙速度 我國(guó)已發(fā)射一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的 ，月球的半徑約為地球半徑的 ，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為

10、()181A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D36 km/s14答案：B名師歸納：處理天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，就要明確天體表面重力加速度、第一宇宙速度及天體質(zhì)量與半徑的關(guān)系，熟練運(yùn)用這些關(guān)系去解決問(wèn)題 變式應(yīng)用2假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來(lái)的半徑的2倍那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來(lái)的()答案：B基礎(chǔ)練1關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是()A第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B第一宇宙速度又叫脫離速度C第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無(wú)關(guān)D第一宇宙速度跟地球的半徑無(wú)關(guān)答案：A2我國(guó)發(fā)射的“天宮一號(hào)”和“神州八號(hào)”在對(duì)接前，“天宮一號(hào)”的運(yùn)行軌道高度為350

11、km，“神州八號(hào)”的運(yùn)行軌道高度為343 km.它們的運(yùn)行軌道均視為圓周，則()A“天宮一號(hào)”比“神州八號(hào)”速度大B“天宮一號(hào)”比“神州八號(hào)”周期長(zhǎng)C“天宮一號(hào)”比“神州八號(hào)”角速度大D“天宮一號(hào)”比“神州八號(hào)”加速度大答案：B3可以發(fā)射一顆這樣的人造衛(wèi)星，使其圓軌道()A與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止的D與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)的解析：人造衛(wèi)星飛行時(shí)，由于地球?qū)πl(wèi)星的引力是它做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，而這個(gè)力的方向必定指向圓心，即指向地心，也就是說(shuō)人

12、造衛(wèi)星所在軌道圓的圓心一定要和地球的中心重合，不可能是地軸上(除地心外)的某一點(diǎn)，故A是不對(duì)的；由于地球同時(shí)繞著地軸在自轉(zhuǎn)，所以衛(wèi)星的軌道平面也不可能和經(jīng)線所決定的平面共面，所以B也是不對(duì)的；相對(duì)地球表面靜止的就是同步衛(wèi)星，它必須在赤道線平面內(nèi)，且距地面有確定的高度，這個(gè)高度約為3.6106米，而低于或高于這個(gè)軌道的衛(wèi)星也可以在赤道平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不過(guò)由于它們自轉(zhuǎn)的周期和地球自轉(zhuǎn)周期不同，就會(huì)相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng) 答案：CD4一顆人造地球衛(wèi)星以初速度v發(fā)射后，恰可繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若使發(fā)射速度為2v，則該衛(wèi)星可能()A繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期變大B繞地球運(yùn)動(dòng)，軌道變?yōu)闄E圓C不繞地球運(yùn)動(dòng)，成為太

13、陽(yáng)系的人造衛(wèi)星D掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙解析：本題考查宇宙速度知識(shí)，若以v發(fā)射，衛(wèi)星恰繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則v7.9 km/s，該速度為第一宇宙速度，即環(huán)繞速度，以2v發(fā)射，該速度大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，故此衛(wèi)星將擺脫地球引力的束縛，成為太陽(yáng)系的人造行星，故選C.答案：C5一人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假如該衛(wèi)星變軌后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能減小為原來(lái)的1/2，不考慮衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則變軌前后衛(wèi)星的()A向心加速度大小之比為4:1B角速度大小之比為2:1C周期之比為1:8D軌道半徑之比為1:2答案：C6.2008年9月27日，“神舟七號(hào)”宇航員翟志剛順利完成

14、出艙活動(dòng)，他的第一次太空行走標(biāo)志著中國(guó)航天事業(yè)全新時(shí)代的到來(lái)“神舟七號(hào)”繞地球近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為r，若另有一顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為2r，則可以確定() A衛(wèi)星與“神舟七號(hào)”的加速度大小之比為1:4B衛(wèi)星與“神舟七號(hào)”的線速度大小之比為1: C翟志剛出艙后不再受地球引力D翟志剛出艙任務(wù)之一是取回外掛的實(shí)驗(yàn)樣品，假如他不小心將實(shí)驗(yàn)樣品脫手，則樣品將做自由落體運(yùn)動(dòng)2答案：AB提高練72011年4月10日，我國(guó)成功發(fā)射第8顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星建成以后北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將包含多顆地球同步衛(wèi)星，這有助于減少我國(guó)對(duì)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴GPS由運(yùn)行周期為12小時(shí)的衛(wèi)星群組成設(shè)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的同步衛(wèi)星和GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道半徑分別為R1和R2，向心加速度分別為a1和a2，則R1:R2_，a1:a2_.(可用根式表示)8.衛(wèi)星電話信號(hào)需要通過(guò)地球同步衛(wèi)星傳送.如果你與同學(xué)在地面上用衛(wèi)星電話通話，則從你發(fā)出信號(hào)至對(duì)方接收到信號(hào)所需最短時(shí)間最接近于（可能用到的數(shù)據(jù)：月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為3.8 km，運(yùn)行周期約為27天，地球半徑約為6 400 km，無(wú)線電信號(hào)的傳播速度為3 m/s.）（ ）A.0.1s B.0.25sC.0.5s D.1s510810解析：解析：根據(jù)，結(jié)合已知數(shù)據(jù)，解得地球同