高一物理《宇宙航行》課件1 （人教版必修一）

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歡迎進入物理課堂 6 5宇宙航行 一 人造衛(wèi)星的發(fā)射原理 牛頓設(shè)想 拋出速度很大時 物體就不會落回地面 設(shè)地球質(zhì)量為M 半徑為R 人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運行 質(zhì)量為m 軌道半徑為r 那么 在該軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)星的速度v如何推算 衛(wèi)星離地心越遠 它運行的速度越慢 這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度 叫做第一宇宙速度 近地面的衛(wèi)星的速度是多少呢 二 宇宙速度 1 第一宇宙速度 環(huán)繞速度 V1 7 9km s 地球 11 2km s v 7 9km s 2 第二宇宙速度 脫離速度 V2 11 2km s V3 16 7km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 人造行星 人造恒星 人造衛(wèi)星 概念辨析發(fā)射速度和運行速度 1 發(fā)射速度 是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度 2 運行速度 是指衛(wèi)星進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度 r v 近地衛(wèi)星 其它衛(wèi)星 宇宙速度均指發(fā)射速度 第一宇宙速度是在地面發(fā)射衛(wèi)星的最小速度 也是環(huán)繞地球運行的最大速度 三 人造衛(wèi)星的運動規(guī)律 可見 v T與r為一一對應(yīng)關(guān)系 練習 求近地衛(wèi)星的周期 我們能否發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星嗎 四 人造衛(wèi)星的超重和失重 1 發(fā)射和回收階段 發(fā)射 2 沿圓軌道正常運行 只受萬有引力 即重力 天平 彈簧秤測重力 液體壓強計 回收 與重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失 3倍 例題 一物體在地球表面重16N 它在以5m s2的加速度加速上升的火箭中的視重為9N 則此火箭離地球表面的距離為地球半徑的多少倍 地球表面g 10m s2 赤道軌道 極地軌道 傾斜軌道 同步軌道 自轉(zhuǎn)軸 人造衛(wèi)星的軌道 五 地球同步衛(wèi)星 所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星 它在軌道上做勻速圓周運動 跟地球自轉(zhuǎn)同步 它的周期 T 24h 有一繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星 其運動方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同 軌道半徑為2R R為地球半徑 地球自轉(zhuǎn)的角速度為 0 若某時刻衛(wèi)星經(jīng)過赤道上某幢樓房的上空 那么衛(wèi)星再次經(jīng)過這幢樓房的上空時 需經(jīng)歷的時間為 A B C D 練習 A 地球同步衛(wèi)星的特點 地球同步衛(wèi)星能否位于北京正上方某一確定高度h處 1 所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一個確定軌道上 靜止軌道 即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合 衛(wèi)星離地面高度為定值 2 對同步衛(wèi)星 其r h v T g 均為確定值 同步衛(wèi)星 為了衛(wèi)星之間不互相干擾 大約3 左右才能放置1顆 這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆 可見 空間位置也是一種資源 同步衛(wèi)星 近地衛(wèi)星 月球 近地衛(wèi)星 同步衛(wèi)星 月球三者比較 凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運動方程 即 重力 萬有引力 向心力 2 兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1 m2 1 2 軌道半徑之比r1 r2 3 1 下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是 A 周期之比T1 T2 3 1B 線速度之比v1 v2 3 1C 向心力之比F1 F2 1 9D 向心加速度之比a1 a2 1 9 例題分析 1 人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大 則 A 速度越小 周期越小B 速度越小 加速度越小C 加速度越小 周期越大D 角速度越小 加速度越大 BC D 3 1999年5月10日 我國成功地發(fā)射了 一箭雙星 將 風云1號 氣象衛(wèi)星和 實驗5號 科學(xué)實驗衛(wèi)星送入離地面870km的軌道 已知地球半徑為6400km 這兩顆衛(wèi)星的運動速度約為A 11 2km sB 7 9km sC 7 4km sD 2 1km s C 例題分析 4 在某星球表面上以v0豎直上拋一物體 經(jīng)時間t回到拋出點 問在此星球上至少以多大的速度水平拋出該物 才能使該物不再回到星球上 設(shè)星球的半徑為R 例題分析 豎直上拋 近地運行 豎直上拋運動與萬有引力綜合 5 根據(jù)觀察 在土星外層有一個環(huán) 為了判斷環(huán)是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群 可測出環(huán)中各層的線速度V與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系 下列判斷正確的是 A 若V與R成正比 則環(huán)為連續(xù)物 B 若V2與R成正比 則環(huán)為小衛(wèi)星群 C 若V與R成反比 則環(huán)為連續(xù)物 D 若V2與R成反比 則環(huán)為小衛(wèi)星群 例題分析 AD 6 同步衛(wèi)星離地心距離r 運行速率為V1 加速度為a1 地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2 第一宇宙速度為V2 地球半徑為R 則A B C D 例題分析 AD 7 用m表示地球通訊衛(wèi)星 同步衛(wèi)星 的質(zhì)量 h表示它離開地面的高度 R0表示地球的半徑 g0表示地面處的重力加速度 0表示地球自轉(zhuǎn)的角速度 則通訊衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f有引力的大小為 BC 例題分析 8 在繞地球做勻速圓周運動的航天飛機外表面 有一隔熱陶磁片自動脫落 則 A 陶磁片做平拋運動B 陶磁片做自由落體運動C 陶磁片按原軌道做勻速圓周運動D 陶磁片做圓周運動 逐漸落后于航天飛機 C 例題分析 9 如圖所示 a b c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星 下列說法正確的是 A b c的線速度大小相等 且大于a的線速度 B b c的向心加速度大小相等 且大于a的向心加速度 C c加速可追上同一軌道上的b b減速可等候同一軌道上的c D a衛(wèi)星由于某原因 軌道半徑緩慢減小 其線速度將增大 例題分析 D 10 若飛船要與軌道空間站對接 飛船為了追上軌道空間站 A 可以從較低的軌道上加速B 可以從較高的軌道上加速C 可以從與空間站同一軌道上加速D 無論在什么軌道上 只要加速都行 例題分析 A 從較高的軌道上減速 要實現(xiàn)飛船與軌道空間站對接很困難 11 關(guān)于人造地球衛(wèi)星與宇宙飛船的下列說法中 正確的是 A 知道人造地球衛(wèi)星的軌道半徑和它的周期 再利用引力恒量 就可算出地球質(zhì)量B 兩顆人造地球衛(wèi)星 只要它們的繞行速率相等 不管它們的質(zhì)量 形狀差別有多大 它們的繞行半徑和繞行周期一定是相同的C 原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛(wèi)星一前一后 若要后一衛(wèi)星追上前一衛(wèi)星并發(fā)生碰撞 只要將后者速率增大一些即可D 一艘繞火星飛行的宇宙飛船 宇航員從艙內(nèi)慢慢走出并離開飛船 飛船因質(zhì)量減小 所受萬有引力減小 故飛行速度減小 AB 12 科學(xué)家在望遠鏡中看到太陽系以外某一恒星有一行星 測得它圍繞該恒星運行一周的時間為1200年 它與該恒星的距離為地球到太陽距離的100倍 假定該行星繞恒星運行的軌道和地球繞太陽運行的軌道都是圓周 僅由以上兩個數(shù)據(jù)可以求出的量有 A 恒星質(zhì)量與太陽質(zhì)量之比B 恒星密度與太陽密度之比C 行星質(zhì)量與地球質(zhì)量之比D 行星運行速度與地球公轉(zhuǎn)速度之比 AD 13 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時 先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1 然后經(jīng)點火將衛(wèi)星送入橢圓軌道2 然后再次點火 將衛(wèi)星送入同步軌道3 軌道1 2相切于Q點 2 3相切于P點 則當衛(wèi)星分別在1 2 3軌道上正常運行時 下列說法中正確的是 A 衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B 衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度C 衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度D 衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度 D 14 兩個星球組成雙星 它們在相互之間的萬有引力作用下 繞連線上某點做周期相同的勻速圓周運動 現(xiàn)測得兩星中心距離為R 其運動周期為T 求兩星的總質(zhì)量 15 一衛(wèi)星繞某行星做勻速圓周運動 已知行星表面的重力加速度為g行 行星的質(zhì)量M與衛(wèi)星的質(zhì)量m之比M m 81 行星的半徑R行與衛(wèi)星的半徑R衛(wèi)之比R行 R衛(wèi) 3 6 行星與衛(wèi)星之間的距離r與行星的半徑R行之比r R行 60 設(shè)衛(wèi)星表面的重力加速度為g衛(wèi) 則在衛(wèi)星表面有GMm r2 mg衛(wèi) 經(jīng)過計算得出 衛(wèi)星表面重力加速度為行星表面的重力加速度的1 3600 上述結(jié)果是否正確 若正確 列式證明 若錯誤 求出正確結(jié)果 16 中子星是恒星演化過程的一種可能結(jié)果 它的密度很大 現(xiàn)有一中子星 觀測到它的自轉(zhuǎn)周期為T 1 30 S 問該中子星的最小密度應(yīng)是多少才能維持該星體的穩(wěn)定 不致因自轉(zhuǎn)而瓦解 計算時星體可視為均勻球體 引力常數(shù)G 6 67 10 11m2 kg s2 17 我國已啟動月球探測計劃 嫦娥工程 圖為設(shè)想中的 嫦娥一號 月球探測器飛行路線示意圖 1 在探測器飛離地球的過程中 地球?qū)λ囊?填 增大 減小 不變 2 已知月球與地球質(zhì)量之比為M月 M地 1 18 當探測器飛至月地連線上某點P時 月球與地球?qū)λ囊η『玫窒?此時P到月球球心與地球球心的距離之比為 3 結(jié)合圖中信息 通過推理 可以得出的結(jié)論是 探測器飛離地球時速度方向指向月球 探測器經(jīng)過多次軌道修正 進入預(yù)定繞月軌道 探測器繞地球的旋轉(zhuǎn)方向與繞地球的旋轉(zhuǎn)方向一致 探測器進入繞月軌道后 運行半徑逐漸減小 直至到達預(yù)定軌道A B C D 減小 1 9 D 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全