1、2 万有引力定律的应用 3 人类对太空的不懈追求,第5章 万有引力定律及其应用,14世纪末期，万户两手各持一大风筝，将自己绑在一把特制的座椅上，座椅背后装有47支当时最大的火箭。他试图借助火箭的推力和风筝的气动升力来实现“升空“的理想。,万户的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命，但他勇敢尝试的精神却是值得我们学习的。,儒勒凡尔纳（Jules Verne ） 1828.2.81905.3.25 法国著名科幻家,在其科幻小说环绕月球一书中，甚至写到“用一种大炮把人发射到月球上去旅行”。,1.了解卫星的发射、运行等情况. 2.知道三个宇宙速度的含义，会计算第一宇宙速度. 3.了解海王星的发现过程，掌握利用
2、万有引力定律研究天体(或卫星)运动的基本方法. 4.了解人类探索太空的历史、现状及其未来发展的方向.,目标定位,展示目标,1.牛顿的设想 如图1所示，在高山上水平抛出一物体，当物体的初速度 时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的 .,答案,图1,足够大,人造地球卫星,一、宇宙速度,自主学习,答案,2.宇宙速度的意义 (1)第一宇宙速度(环绕速度)：v1 km/s，物体在 环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度. (2)第二宇宙速度(脱离速度)：v2 km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度. (3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v3 km/s，使物体挣脱 引力束缚的最小发射
3、速度.,7.9,地面附近,11.2,地球,16.7,太阳,3.对第一宇宙速度的理解和推导 (1)认识：第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度. (2)推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g9.8 m/s2，则(3)理解：第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度.,4.发射速度与发射轨道 (1)当11.2 km/sv发7.9 km/s时，卫星绕地球运动，其轨道是圆或椭圆，地球位于一个焦点上，且发射速度越大，椭圆的半长轴越大. (2)当16.7 km/sv发11.2 km/s时，卫星绕太阳旋转，成
4、为太阳系的一颗“小行星”. (3)当v发16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去.,(1)不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？,答案,(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 答案 越大.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力.,一、宇宙速度,解析答案,例1 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为( ) A.
5、0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s,解析 星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度. 卫星所需的向心力由万有引力提供，,因此B项正确.,答案 B,返回,解析答案,例2 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度.,解析 根据匀变速直线运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)提供卫星做圆周运动的向心
6、力，,1.轨道及特点 (1)轨道：赤道轨道、极地轨道及其他轨道，如图2所示.,图2,(2)特点：所有的轨道圆心都在 .,答案,地心,二、人造卫星运动问题的处理思路及规律,2.处理思路及规律 将人造卫星视为绕地球(或其他天体)做匀速圆周运动，所需向心力等于地球(或其他天体)对卫星的万有引力，所以v ，r越大，v越 . ，r越大，越 .T ，r越大，T越 .a ，r越大，a越 .,答案,小,小,大,小,注意：地球卫星的a、v、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r决定，与卫星的质量、形状等因素无关.,在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，如图3所示，请分析这些卫星的轨道平面有什么特点？,
7、答案,图3,答案 卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力.由于万有引力指向地心，向心力指向圆心，因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合.,二、人造卫星运动问题的处理思路及规律,返回,解析答案,总结提升,例3 a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星.其中a、c的轨道相交于P，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平面上.某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图4所示，下列说法中正确的是( ) A.a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度 B.b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度 C.a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度 D.a、c存在P点相撞
8、的危险,图4,总结提升,因a、c轨道半径相同，周期相同，既然图示时刻不撞，以后就不可能相撞了. 答案 A,总结提升,(1)卫星离地越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，即越远越慢. (2)卫星离地越高，向心加速度越小.,返回,答案,1.同步卫星：指相对于地面 的卫星，又叫通讯卫星. 2.六个“一定”： (1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向 ； (2)周期一定：运转周期与地球自转周期 ，T ； (3)角速度一定：等于 ； (4)轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在 平面内； (5)高度一定：所有同步卫星离地面高度 ，均约为36 000 km； (6)速率一定：所有同
9、步卫星的环绕速率 .,静止,一致,相同,24 h,地球自转角速度,赤道,相同,相同,三、地球同步卫星,返回,解析答案,总结提升,例4 关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( ) A.若其质量加倍，则轨道半径也要加倍 B.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播 C.它以第一宇宙速度运行 D.它运行的角速度与地球自转角速度相同,三、地球同步卫星,总结提升,同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B错； 第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C错； 所谓“同步”就是卫星保持与地面赤
10、道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D对. 答案 D,总结提升,返回,(1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度及向心加速度a的大小均相同，但因质量可能不同，所受万有引力(向心力)可能不同. (2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运动且都相对静止.,1,2,3,4,解析答案,1.(对三个宇宙速度的理解)(多选)下列关于三个宇宙速度的说法中正确的是( ) A.第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫
11、星，其发射速度大于第三宇宙速度 C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度,课堂检测,实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A错误； 美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B错误； 第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项C正确. 答案 CD,1,2,3,4,1,2,3,4,2.(人造卫星运动的规律)火星有两颗
12、卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆.已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比( ) A.火卫一距火星表面较近 B.火卫二的角速度较大 C.火卫一的运动速度较小 D.火卫二的向心加速度较大,A,解析答案,1,2,3,4,3.(人造卫星运动的规律)(多选)设地球的半径为R，质量为m的卫星在距地面高为2R处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g，则( ),解析答案,1,2,3,4,答案 AC,1,2,3,4,4.(地球同步卫星)由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的( ) A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同,返回,解析答案,1,2,3,4,轨道半径相同必然环绕速度相同，D错误. 同步卫星相对于地面静止在赤道上空，所有的同步卫星轨道运行在赤道上空同一个圆轨道上，C错误. 同步卫星的质量可以不同，A正确. 答案 A,返回,小结作业,
