人教版（2003）高中物理必修二第六章万有引力与航天——万有引力定律应用

两种最常见的卫星近地卫星和同步卫星人造地球卫星的轨道: 万有引力定律应用 一、检查预习：已知地球的质量:M,卫星的质量：m,地球半径：R,人造卫星的轨道半径：r，由万有引力充当人造地球卫星的向心力可以得到向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径r的关系（请你写出推导过程）： 向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系: 探究一：近地卫星问题1：人造卫星随轨道半径的增大，向心加速度、线速度、角速度和周期如何变化？运动实例1：近地人造地球卫星的轨道半径近似的可认为等于地球半径，现已知地球半径R=6400km，地球表面的重力加速g=9.8m/s2，求近地人造地球卫星的线速度约为多少km/s和周期为多少min？(列出方程） 运动实例2：2003年10月15日9时，我国“神舟五号”宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。已知“神舟五号”飞船绕地球运行时离地面的高度h为343km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km，求神舟五号绕地球飞行的线速度约为多少km/s和周期为多少min？(列出方程） 比较：随r增大，则a、v、ω、T如何变化？结果1：地表人造卫星，轨道半径小，速率v=7.9km/s，周期T=85min;结果2：“神舟五号”宇宙飞船，轨道半径大，速率v=7.7km/s，周期T=91.5min总结：由实例知r增大，则T增大，a、v、ω均减小；且地表人造卫星有最大线速度和最短周期。问题2：通过以上知识学习你能得出什么结论？结论：卫星距离地球越近越；越远越。(填：快或慢）快慢 成果展示1：探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比()A．轨道半径变小B．向心加速度变小C．线速度变小D．角速度变小总结：结论知r增大,则T增大且a、v、ω均减小．A 点评提升1：C 如图所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，圆b、c、d的圆心均在地球的地心上，对绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星而言，那些卫星的轨道是可能的？探究二：人造地球卫星的轨道 A图A图A图D图总结：存在三类人造地球卫星轨道：(1)赤道轨道:卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；(2)极地轨道:卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空(3)一般轨道:卫星轨道和赤道成一定角度说明：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，其轨道的圆心必在地心．FF向F2A图B图C图点评提升2：哪幅图不符合实际？ 地球同步卫星：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。探究三、地球同步卫星探究1、当卫星在赤道正上方距地面高度升至为h=5.6R（其中地球半径为R，地表卫星运行周期T=85min），求此卫星运行周期为地表卫星运行周期T的多少倍？合计约为多少小时？探究2、若此卫星转动方向与地球自转方向相同，地球赤道上的人看此卫星是什么运动状态？ 探究同步卫星有以下几个特点：问题1、同步卫星的运行方向与地球自转方向有什么关系？答：一致问题2、同步卫星的运转周期与地球自转周期有什么关系？答：相同问题3、同步卫星的运行角速度与地球自转角速度有什么关系？答：相同问题4、同步卫星的轨道平面与赤道平面的位置关系如何(圆心与地心的关系)？答：赤道的正上方,轨道的圆心与地心重合。 中国航天问题5、同步卫星高度如何计算？ 同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法中不正确的是()A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．同步卫星加速度大小是唯一的D．各国的同步卫星都在同一圆周上运行成果展示3：A总结：同步卫星相对地面静止，但并不是处于平衡状态，向心力充当合外力。 24h总结：关于同步卫星的五个“一定”(1)轨道平面一定：轨道平面与共面．(2)周期一定：与地球自转周期，即T＝.(3)角速度一定：与地球自转的角速度．赤道平面相同相同 两种最常见的卫星近地卫星和同步卫星人造地球卫星的轨道: 五、检查反馈（当堂检测共30分：选择题每题5分，计算题10分）1、甲、乙两颗人造卫星质量相同，它们的轨道都是圆的，若甲的运动周期比乙大，则（）A、甲距离地面的高度一定比乙大B、甲的速度一定比乙大C、甲的加速度与乙相等D、甲的加速度一定比乙大2、由于通信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AA 3．(多选)下面关于同步卫星的说法正确的是()A．同步卫星和地球自转同步，卫星的高度和速率就被确定B．同步卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114分钟，比同步卫星的周期短，所以第一颗人造地球卫星离地面的高度比同步卫星低D．同步卫星的速率比我国发射第一颗人造卫星的速率小ACD 4．我国正在自主研发“北斗二号”地球卫星导航系统，此系统由中轨道、高轨道和同步卫星等组成，可将定位精度提高到“厘米”级，会在交通、气象、军事等方面发挥重要作用．已知三种卫星中，中轨道卫星离地最近，同步卫星离地最远，则下列说法中正确的是()A．中轨道卫星的线速度小于高轨道卫星的线速度B．中轨道卫星的角速度小于同步卫星的角速度C．若一周期为8h的中轨道卫星，某时刻在同步卫星的正下方，则经过24h仍在该同步卫星的正下方D．高轨道卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度C 5.已知地球表面重力加速度g，地球半径R，月球环绕地球的运动周期T，求月球到地球表面的高度。解：设月球到地球表面的高度为h，则月球绕地球的轨道半径为r=R+h。由万有引力定律得： 本节课知识要点回顾万有引力