高中物理必修二_人造卫星同步卫星(课堂PPT)

2.第二宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需 的最小发射速度，其大小为11.2 km/s.当发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时， 飞行器绕地球运行的轨道是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同. 3.第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外 的最小发射速度，其大小为16.7 km/s.
例2 (多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运 动的速度，则有 A.被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大 B.被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
√C.第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 √D.第一宇宙速度与地球的质量有关
解析 第一宇宙速度 v＝ GRm地，与地球的质量 m 地有关，与被发射物体 的质量无关，故选项 C、D 正确.
总结提升
近地卫星、极地卫星和月球 1.近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度v≈7.9 km/s、周期T ＝2πvR ≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最 小周期. 2.极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时 能到达南北极上空. 3.月球绕地球的公转周期T＝27.3天，月球和地球间的平均距离约38万 千米，大约是地球半径的60倍.
例3 (多选)(2019·佛山一中高一下期中)下列关于同步卫星的说法正确
的是
√A.一定位于赤道正上空
B.为了避免相撞，应该与其他国家的同步卫星在不同的轨道上运行
C.发射速度小于7.9 km/s
√D.运行速度小于7.9 km/s
解析 同步卫星定点在地球赤道上空某处，距地面的高度相同，即所 有的同步卫星在同一轨道上，周期都与地球自转周期相同，故A正确， B错误； 卫星发射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之间，故C错误； 卫星运动的轨道半径越小，运行的速度越大，当轨道半径接近地球半 径R时运行速度最大，为第一宇宙速度7.9 km/s，同步卫星的轨道半径 大于地球的半径，故同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度7.9 km/s， 故D正确.

第六章 万有引力定律与航天
单元复习
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1
本章知识结构
一、行星的运动
二、万有引力定律内容 及应用
三、人造卫星及宇宙速度
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2
一、行星的运动
1.地心说和日心说 2.开普勒三定律
开普勒第一定律（轨道定律） 开普勒第二定律（面积定律） 开普勒第三定律（周期定律）
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3
一、行星的运动
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
地球
V1=7.9km/s
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22
三、同步卫星（通讯卫星）
1.特点：
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23
1.特点(轨道平面与赤道面重合)
①定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同， 即T=24h） ②定高度（到地面的距离相同，即h=3.6×107m） ③定在赤道的正上方某点（相对于地球静止）。 ④定线速度大小（即V=3.1 × 103m/s） ⑤定角速度（与地球自转的角速度大小） ⑥定向心加速度大小
应特别注意字母的规范、大小写 问题；应区分中心天体、环绕天 体；球体半径、轨道半径等问题。
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11
（4）估算天体的质量和密度
解题思路：
1.一般只能求出中心天体质量及密度
2.应知道球体体积公式及密度公式 3.注意黄金代换式的运用 4.注意隐含条件的使用，比如近地飞 行等，没有环绕天体可假设。
1.内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的， 两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成 正比，跟它们距离的平方成反比。
2.公式: F=Gm1m2/r2
3.引力常量：G=6.67×10－11Nm2/kg2， 数值上等于两个质量均为1kg的物体相 距1m时它们之间的相互吸引力。

C 她的线速度大小 ( 4 km/s
B.
D．地球的第一宇宙速度将略变小
)
(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，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。
A．等于 7.9 km/s C．“天宫”一号比“神舟”八号角速度大
在地面附近发射飞行器，使之能够脱离太阳的引力作用飞到太阳系以外所需的最小发射速度，称为第三宇宙速度，其大小为16.
2．第二宇宙速度(脱离速度)
92．km第/s二<v宇D<宙11．速. 度所(脱离有速度地) 球同步卫星受到的向心力大小一定相等
练习1：我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.
7 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动
(3)人造地球卫星的三种轨道：
3．近年来，自然灾害在世界各地频频发生，给人类带来巨大损失。
例2：(多选)下列关于同步卫星的说法正确的是（AD ）
A.一定位于赤道正上空 B.为了避免相撞，应该与其他国家的同步卫星在不同的轨道 上运行 C.发射速度小于7.9 km/s D.运行速度小于7.9 km/s
练习2：如图3所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制 的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中轨道地 球卫星.已知中轨道地球卫星的轨道高度为5 000～15 000 km， 则下列说法正确的是（ C ） A.中轨道地球卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s C.中轨道地球卫星绕地球一圈的时间小于24小时 D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空
D．“天宫”一号比“神舟”八号加速度大
B．介于 7.9 km/s 9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点
A．所有地球同步卫星一定在赤道上空

造地球卫星，下列说法正确的是
( )．
A．根据v ＝ gr，可知v A＜v B＜v C B．根据万有引力定律，可知F A＞F B＞F C C ．角速度ω A＞ω B＞ω C D．向心加速度aA＜aB＜aC
图6－5－3
解析 同一轨道平面内的三颗人造地球卫星都绕同一中心 天体(地球)做圆周运动，根据万有引力定律 GMr 2m ＝m vr2，得
图6－5－1
2．原理
一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做 _匀__速__圆__周__运动，
向心力由地球对它的
_万__有__引__力__提供，即
G
Mm r2
＝
v2 mr
，则
卫星在轨道上运行的线速度 v ＝
GM r.
思考1：卫星离地面越高，其线速度是越大还是越小？
提示： 由 v ＝
GM可知，卫星离地面越高，线速度越小． r
2.关于宇宙速度，下列说法正确的是
( )．
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小
发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C ．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速
度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
答案 A
3．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是 ( )． A．第一宇宙速度又叫环绕速度 B．第一宇宙速度又叫脱离速度 C．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
Mm G r2
?? ? ? ＝? ?
ma v2
mr
mrω
2
? 4π2
??mr T2
? ? ?
a
＝GrM2 ?r
越大，
a
越小?

【答案】
C
【方法技巧】
卫星变轨问题中各物理量大小的判断
(1)同一椭圆轨道上不同点：离中心天体越远，线速度、角速度越
小．简记：“近快远慢”．
(2)不同轨道上同一点：外侧轨道的线速度、角速度更大．简记：
“外快内慢”．
(3)不同椭圆轨道上的不同点：轨道半径越大，线速度、角速度越小、
周期越大．简记：“越高越慢”．
2．稳定运行
卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向
Mm
v2
心力，即G 2 ＝m .
r
r
3．变轨运行
v2
当卫星由于某种原因，其速度v突然变化时，F引和m 不再相等，会
r
出现以下两种情况：
Mm
v2
(1)当卫星的速度突然增大时，G 2 ＜m ，即万有引力不足以提供
r
r
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．当
微专题四
天体运动的三类问题
课标要求
1.理解人造卫星的发射过程，知道变轨问题的分析方法．(科学思维)
2．知道同步卫星、近地卫星、赤道上物体的特点，并会对描述它们
运动的物理量进行比较．(科学思维)
3．会利用所学知识分析天体中的相遇问题．(科学思维)
关键能力·合作探究
评价检测·素养达成
关键能力·合作探究
C．飞船从原轨道加速至一个较低轨道，再减速追上空间站对接
D．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站对接
【答案】 D
【解析】 当飞船加速时，引力不足以提供向心力，飞船会做离心运动，飞到
较高的轨道，飞船不能追上轨道空间站；所以需减速到较低轨道，追上空间站后，
再加速上升到较高轨道．

五、举世瞩目的成绩
天问一号
空间实验室
六、中国航天之父——钱学森
钱学森，世界著名科学家，空气动力学家，中 国载人航天奠基人，“中国科制之父”和“火 箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、 原子弹的发射向前推进了至少20年。
曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授。 1950年钱学森回国受阻，并受美国方面监禁， 1955年，在毛泽东主席和周恩来总理的争取 下回到中国。
B．b卫星与地心D连．线著名在的单“月位—地时检间验”是扫在过已知的引力常量的数值后才进行的
面积等于c卫星与地心连线在单位时间扫过的面积
C．b、c卫星轨道半径的三次方与运行周期平方之比相等
D．a卫星的运行周期等于d卫星的运行周期
【参考答案】C
课堂练习
【练习6】（多选）我国北斗三号导航卫星共有三种卫星，地面静止轨道
卫星P、倾斜同步轨道卫星Q、中圆轨道卫星M。卫星P与Q的轨道高度相同， M的轨道半径为Q的轨道半径的 3 ，则下列说法正确的是（ ）
5
A．卫A星．在P国、际Q单运位行制中的，线引力关速常于度量引在力相数常同值量上，等下于列两说个法质正量确是的1是kg（的质点）相距1m时万有引力的大小 B．卫星P、Q运C．行计的算不周B．同期在物不体相同间同的相单互位作制用中的，万引有力引常力量时的，数引值力是常相量同的的值是不同的
D．著名的“月—地检验”是在已知引力常量的数值后才进行的
B．所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零
C．所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等
D．随飞船运动所需向心力的大小大于在地球表面上所受引力的大小
课堂练习
【练习2】卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北

新课讲授
一、宇宙速度
5. 第三宇宙速度：
达到第二宇宙速度的飞行器还无 法脱离太阳对它的引力。在地面附近 发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引 力的束缚，飞到太阳系外，必须使它 的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个 速度叫作第三宇宙速度。
新课讲授
二、人造地球卫星
1.我国的发射的卫星
1970年4月24日，我国第 一颗人造地球卫星“东方红1号 ”发射成功，开创了中国航天 史的新纪元。
v＝7.9 km/s是最小的发射速度
新课讲授
(3)第一宇宙速度的理解：
②“ 最大环绕速度” ：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由
GMr2m＝m
v2可 r
得 v＝ GM，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运 r
动的卫星的最大环绕速度。
1 9
，火星的半径约为地球半径的
1 2
。下列关于火星探
测器的说法中正确的是（ CD ）
A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度应大于等于第二宇宙速度且小于第三宇宙速度
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球第一宇宙速度的
2 3
课堂练习

【答案】CD
【详解】ABC．火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，但还在太阳系内，发射速度应大于等于第
2
3 ，D 正确。
故选 CD。
课堂练习
4．地球同步卫星离地心的距离为 r，运行速率为 v1，向心加速度为 a1，地球赤道上的物体
随地球自转的向心加速度为 a2，地球的第一宇宙速度为 v2，半径为 R，则下列比例关系中

√C.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上加速，加速
后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 D.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上减速，减速
后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
第六章专题强化一：卫星变轨问题和 双星问 题—人 教版高 中物理 必修二 课件 (共17张PPT)
√B.沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期
C.沿轨道 Ⅰ 运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度 D.在轨道 Ⅰ 上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大
第六章专题强化一：卫星变轨问题和 双星问 题—人 教版高 中物理 必修二 课件 (共17张PPT)
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一、人造卫星的变轨问题
2.实例分析 (1)飞船对接问题 飞船与在轨空间站对接 先使飞船位于较低轨道上，然后让飞船合理地加速，使飞船沿 椭圆轨道做离心运动，追上高轨道飞船完成对接(如图甲所示). 注意：若飞船和空间站在同一轨道上，飞船加速时无法追上空 间站，因为飞船加速时，将做离心运动，从而离开这个轨道. 通常先使后面的飞船减速降低高度，再加速提升高度，通过适 当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度，如图乙.
D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
第六章专题强化一：卫星变轨问题和 双星问 题—人 教版高 中物理 必修二 课件 (共17张PPT)
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达标检测
1.(卫星变轨问题)2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播， 影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一 系列变轨操作，其逃离过程如图所示，地球在椭圆轨道 Ⅰ 上运行到远日点B变轨， 进入圆形轨道 Ⅱ.在圆形轨道 Ⅱ 上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳 束缚.对于该过程，下列说法正确的是 A.沿轨道 Ⅰ 运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道 Ⅱ

C.沿轨道Ⅰ运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度
D.在轨道Ⅰ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大
图2
解析 地球沿轨道Ⅰ运行至B点时，需向后喷气加速才能 进入轨道Ⅱ，选项A错误； 因轨道Ⅰ的半长轴小于轨道Ⅱ的半径，根据开普勒第三定 律可知，地球沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周 期，选项B正确； 根据 a＝GrM2 可知，地球沿轨道Ⅰ运行时，在 A 点的加速度大于在 B 点的 加速度，选项 C 错误；
知识深化
1.变轨问题概述 (1)稳定运行 卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力，即 GMr2m＝mvr2.
(2)变轨运行
卫星变轨时，先是线速度大小v发生变化导致需要的向心力发生变化，
进而使轨道半径r发生变化. ①当卫星减速时，卫星所需的向心力 F 向＝mvr2减小，万有引力大于所需 的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变轨.
图4
(2)特点 ①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周 期、角速度相同. ②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供. ③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r1＋r2＝L，两星轨道 半径之比等于两星质量的反比. (3)处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，即 GmL12m2＝m1ω2r1，GmL1m2 2＝m2ω2r2.
②当卫星加速时，卫星所需的向心力 F 向＝mvr2增大，万有引力不足以提 供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变轨.
2.实例分析：高轨道卫星的发射 (1)发射过程 如图1，发射卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，在Q点点火加速做 离心运动进入椭圆轨道Ⅱ，在 P 点点火加速，使其满足GMr2m＝mvr2，进 入圆轨道Ⅲ做圆周运动.

r
（2）近地卫星的轨道半径等于地球半径。
2.速度计算
M
设地球的质量为M，人造卫星质量为m，
它到地心的距离为r，求卫星的速度v。
卫星运动所需的向心力由万有引力提供， 所以
mv2 r
G
Mm r2
解得： v GM
r
对于近地卫星，r=R=6.4×106m，
v
6.6710-11 5.981024
6.4 106
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
六、地球同步卫星 1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星， 它位于地球赤道正上方，跟地球同步做匀速圆周运动， 它的周期：T＝24h
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
1. 发射速度 发射速度是指航天器搭载在火箭中 随火箭一起上升过程结束后与火箭 分离时的速度。
2. 运行速度
运行速度是指卫星进入轨道后绕地球 做匀速圆周运动的速度。
3.说明：
（1）三个宇宙速度均是指发射速度。 （2）第一宇宙速度是在地面附近 发射卫星的最小速度，也是卫星 环绕地球运行的最大速度。
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
m/s
7.9103m / s
7.9km/ s
三、宇宙速度
1.第一宇宙速度： v1 7.9km / s
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一
宇宙速度（又叫环绕速度）。
2.第二宇宙速度： v2 11.2km / s
当物体的速度等于或大于11.2km/s时， 它就会克服地球引力，永远离开地球。 我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。