1.了解人造卫星的有关知识,正确理解人造卫星做圆周运动时,各物理量之间的关系.
2.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度.
通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度,培养学生运用知识解决问题的能力.
1.通过介绍我国在卫星发射方面的情况,激发学生的爱国热情.
2.感知人类探索宇宙的梦想,促使学生树立献身科学的人生价值观.
2.人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.
1.基本知识
(1)牛顿的"卫星设想"
如图所示,当物体的初速度足够大时,它将会围绕地球旋转而不再落回地面,成为一颗绕地球转动的人造卫星.
(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,
(4)梦想成真
2003年10月15日,我国航天员杨利伟踏入太空.
2.思考判断
(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s.(×)
(2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s.(√)
(3)要发射一颗月球人造卫星,在地面的发射速度应大于16.7km/s.(×)
我国于2011年10月发射的火星探测器"萤火一号".试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射
【提示】火星探测器绕火星运动,脱离了地球的束缚,但没有挣脱太阳的束缚,因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间,即11.2km/s
1.第一宇宙速度的定义
又叫环绕速度,是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度,是人造地球卫星的最小发射速度,v=7.9km/s.
2.第一宇宙速度的计算
设地球的质量为M,卫星的质量为m,卫星到地心的距离为r,卫星做匀速圆周运动的线速度为v:
3.第一宇宙速度的推广
由第一宇宙速度的两种表达式可以看出,第一宇宙速度之值由中心星体决定,可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度,都应以
式中G为万有引力常量,M为中心星球的质量,g为中心星球表面的重力加速度,r为中心星球的半径.
第一宇宙速度是最小的发射速度.卫星离地面越高,卫星的发射速度越大,贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小,其运行速度即第一宇宙速度.
例:某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体,经时间t物体以速率v落回手中,已知该星球的半径为R,求这个星球上的第一宇宙速度.
对于任何天体,计算其环绕速度时,都是根据万有引力提供向心力的思路,卫星的轨道半径等于天体的半径,由牛顿第二定律列式计算.
2.如果不知道天体的质量和半径的具体大小,但知道该天体与地球的质量、半径关系,可分别列出天体与地球环绕速度的表达式,用比例法进行计算.
3.卫星的线速度与卫星的发射速度相同吗?
为了研究问题的方便,通常认为卫星绕地球做匀速圆周运动,向心力由万有引力提供.
卫星的线速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系与推导如下:
由上表可以看出:卫星离地面高度越高,其线速度越小,角速度越小,周期越大,向心加速度越小.
1.在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时,常用公式"gR2=GM"来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便.
2.人造地球卫星发射得越高,需要的发射速度越大,但卫星最后稳定在绕地球运动的圆形轨道上时的速度越小.