2012高中物理 3.3 飛向太空課件 粵教版必修2

1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,一、火箭與人造衛(wèi)星,1.人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星要進(jìn)入飛行軌道必須有足夠大的速度.發(fā)射速度大于7.9 km/s可進(jìn)入繞地球飛行的軌道，成為人造地球衛(wèi)星；發(fā)射速度等于或大于11.2 km/s可成為太陽的人造行星或飛到其他行星上去.,2.三級火箭(1)一級火箭最終速度達(dá)不到發(fā)射人造衛(wèi)星所需要的速度,發(fā)射衛(wèi)星要用多級火箭.(2)三級火箭的工作過程火箭起飛時,第一級火箭的發(fā)動機“點火”,燃料燃盡后,第二級火箭

2、開始工作,并自動脫掉第一級火箭的外殼,以此類推……由于各級火箭的連接部位需大量附屬設(shè)備,這些附屬設(shè)備具有一定的質(zhì)量,并且級數(shù)越多,連接部位的附屬設(shè)備質(zhì)量越大,并且所需的技術(shù)要求也相當(dāng)精密,因此,火箭的級數(shù)并不是越多越好,一般用三級火箭.,(3)火箭發(fā)射衛(wèi)星示意圖,(1)早期火箭技術(shù)是由我國發(fā)明的.(2)我國現(xiàn)在發(fā)射神舟系列飛船及嫦娥系列探測器主要應(yīng)用的是“長征”系列運載火箭.,【典例1】(2010·天津高考)探測器繞月球做

3、勻速圓周運動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運動，則變軌后與變軌前相比( )A．軌道半徑變小 B．向心加速度變小C．線速度變小 D．角速度變小 【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意變軌后在周期較小的軌道上做勻速圓周運動時軌道半徑的變化.,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.探測器做勻速圓周運動由萬有引力提供向心力,則： 整理得 可知周期T較小的軌道，其半徑r也小

4、，A正確；由 =man= =mrω2，整理得： 可知半徑變小，向心加速度變大，線速度變大，角速度變大，故B、C、D錯誤.,【規(guī)律方法】人造衛(wèi)星運動規(guī)律巧析在討論有關(guān)衛(wèi)星的運動規(guī)律時，關(guān)鍵要明確向心力、軌道半徑、線速度、角速度、周期和向心加速度彼此影響、互相聯(lián)系，只要其中一個量確定了，其他的量也就不變了；只要一個量發(fā)生了變化，其他的量也隨之變化，不管是定性分析還是定量

5、計算，必須抓住衛(wèi)星運動的特點，萬有引力提供衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的向心力，由 求出相應(yīng)物理量的表達(dá)式即可討論或求解，需要注意的是a、v、ω、T、an均與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān).,【變式訓(xùn)練】(2010·海南高考)(雙選)火星直徑約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的十分之一，它繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的1.5倍.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，以下說法正確的是( )A.火星表

6、面重力加速度的數(shù)值比地球表面小B.火星公轉(zhuǎn)的周期比地球的長C.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大D.火星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球的大,【解析】選A、B.在地球表面萬有引力等于重力，即 在火星表面 根據(jù)以上兩式，可得g火=0.4g，故A正確；地球和火星繞太陽做勻速圓周運動所需向心力由太陽引力提供，根據(jù)牛頓第二定律得： 解得： 可知半徑

7、r越大，周期越長，B正確；又由 得：可知半徑越大，線速度越小，C錯誤； 由 得： 可知半徑越大，向心加速度越小， D錯誤.,【變式備選】(2010·全國高考Ⅱ)已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為地球半徑的6倍.若某行星的平均密度為地球平均密度的一半，它的同步衛(wèi)星距其表面的高度是其半徑的2.5倍，則該行星的自轉(zhuǎn)周期約為( )A.6小時

8、B.12小時C.24小時 D.36小時,【解析】選B.根據(jù)牛頓第二定律和萬有引力定律有：而M=ρ· πR3，解得T= .地球同步衛(wèi)星的周期為T1=24 h，軌道半徑為r1=7R1，密度為ρ1.某行星的同步衛(wèi)星周期為T2，軌道半徑為r2=3.5R2，密度ρ2= ρ1.利用比值法解得T2=12 h，故正確答案為B.,二、空間探測器與衛(wèi)星(或宇宙飛船)的變軌問題,1.空間探測器簡介目前的載

9、人航天還僅僅局限于地月系統(tǒng)．由于進(jìn)行太空航行需要通過極長的距離，花費極長的時間，載人航行所需的技術(shù)條件要求極高，目前難以實現(xiàn)，因此進(jìn)行深空探測，需要利用空間探測器．1989年，美國宇航局發(fā)射“伽利略號”探測器飛行六年到達(dá)木星，對木星進(jìn)行了長達(dá)七年的考察，見證了“彗木大碰撞”的輝煌，向人們發(fā)回了許多寶貴資料．2003年6月與7月，美國的“機遇號”與“勇氣號”火星探測器分別成功發(fā)射，其中“機遇號”登火星后失去聯(lián)系，“勇氣號”于2004年

10、1月登陸火星成功．,2.衛(wèi)星(宇宙飛船)的變軌問題衛(wèi)星(宇宙飛船)在運行過程中,中心天體對衛(wèi)星(宇宙飛船)的萬有引力充當(dāng)向心力.(1)當(dāng)萬有引力恰好提供向心力時,衛(wèi)星(宇宙飛船)在原軌道上運動.(2)當(dāng)萬有引力小于所需要向心力時,衛(wèi)星(宇宙飛船)做遠(yuǎn)離中心天體的運動.(3)當(dāng)萬有引力大于所需要向心力時,衛(wèi)星(宇宙飛船)做靠近中心天體的運動.,【典例2】宇宙飛船在軌道上運行，由于地面指揮人員發(fā)現(xiàn)某一火箭殘體的軌道與飛船軌道有一交點

11、，通知宇航員某一時間飛船有可能與火箭殘體相遇.宇航員隨即開動飛船上的發(fā)動機使飛船加速，脫離原軌道，關(guān)于飛船的運動，下列說法正確的是( )A.飛船高度降低 B.飛船高度升高C.飛船周期變小 D.飛船的向心加速度變大,【解題指導(dǎo)】解答本題可按以下思路進(jìn)行分析,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B.當(dāng)宇宙飛船加速時，它所需向心力增大，因此飛船做離心運動，軌道半徑增大，由此知A錯誤，B正確；由式子 可知，r增大，

12、T增大，故C錯誤；由于 r增大，a變小，D錯誤.,【規(guī)律方法】巧解天體運動問題(1)建立模型不管是自然天體(如：地球、月球等)還是人造天體(如：衛(wèi)星、飛船等)，只要它們是在繞某一中心天體做圓周運動，就可以將其簡化為質(zhì)點的勻速圓周運動模型.(2)列方程求解根據(jù)中心天體對環(huán)繞天體的萬有引力提供向心力，列出合適的向心力表達(dá)式進(jìn)行求解.F向=F萬=ma=mg=,(3)巧用“黃金代換GM=gR2”若不知天體的質(zhì)量

13、M但知道其表面的重力加速度g，則可利用物體在天體表面的重力等于萬有引力，列出方程 繼而“GM=gR2”，用“gR2”替代“GM”，將問題簡單化.,【變式訓(xùn)練】(雙選)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，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3，軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是(

14、 )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上的角速度小于在軌道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【解析】選B、D.由 得 因為r3>r1，所以v3r1，所以ω3<ω1,B對.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，

15、而在軌道2上經(jīng)過Q點時，也是地球引力產(chǎn)生的加速度，故應(yīng)相等.同理，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.C錯，D對.,【變式備選】(雙選)2010年11月1日0時26分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運載火箭成功將第六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空，并定位在東經(jīng)160°赤道上空的同步軌道上.關(guān)于成功定點后的該北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，下列說法正確的是( )A.運行速度大于7.9 km/s

16、B.離地面高度一定，相對地面靜止C.繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等,【解析】選B、C.由題中描述知北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，所以它的運行速度小于7.9 km/s，離地高度一定，相對地面靜止，故A錯誤，B正確.由于其運行半徑比月球繞地球運行半徑小，由 知，其運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大，C正確.該衛(wèi)星角速度與赤道上物體的角速度相同，

17、由公式a=rω2知，該衛(wèi)星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度，D錯誤.,【典例】宇宙飛船和空間站在同一軌道上運行，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上空間站，可以采取的方法是( )A.飛船加速直到追上空間站，完成對接B.飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接C.飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站完成對接D.無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接,【解題指導(dǎo)】飛船繞地球運行的速度是由其軌

18、道半徑?jīng)Q定的，半徑越小，速度越大.【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B.由于宇宙飛船做圓周運動的向心力是由地球?qū)ζ涫┘拥娜f有引力提供的，由牛頓第二定律有得 想追上同軌道上的空間站，直接加速會導(dǎo)致飛船軌道半徑增大，由上式知飛船在一個新軌道上運行時速度比空間站的速度小，無法對接，故A錯.飛船若先減速，它的軌道半徑減小，但速度增大了，故在低軌道上飛船可接近或超過空間站，如圖所示.當(dāng)飛船運,動到合適的位置后再加速，則其軌道半徑增大

19、，同時速度減小，當(dāng)剛好運動到空間站所在軌道處時停止加速，則飛船的速度剛好等于空間站的速度，可完成對接；若飛船先加速到一個較高軌道，其速度小于空間站速度，此時空間站比飛船運動快，當(dāng)二者相對運動一周后，使飛船減速，軌道半徑減小又使飛船速度增大，仍可追上空間站，但這種方法易造成飛船與空間站碰撞，不是最好方法，且空間站追飛船不合題意.綜上所述，方法應(yīng)選B.,(雙選)假如一做圓周運動的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的2倍，仍做圓周運動，則(

20、 )A.根據(jù)公式v=rω，衛(wèi)星運動的線速度增大到原來的2倍B.根據(jù)公式 衛(wèi)星所需的向心力將減小為原來的C.根據(jù)公式 地球提供的向心力將減小為原來的D.根據(jù)上述選項B和C給出的公式，可知衛(wèi)星運動的線速度將減小到原來的,對衛(wèi)星運動的特點認(rèn)識不清導(dǎo)致錯誤,【正確解答】選C、D.A選項中線速度與半徑成正比是在角速度一定的情況下，而r變化時，角速度也變，所以A錯誤.同理B選項也是如此，F(xiàn)∝ 是在v一

21、定時，但r變化時v也變化，故B錯誤.C選項中G、M、m都是恒量，所以F∝ ，即半徑增大為原來的兩倍時，萬有引力變?yōu)樵瓉淼乃姆种?，C正確.由B、C選項中兩式結(jié)合解得 GM為常數(shù)，所以半徑變?yōu)閮杀稌r，速度變?yōu)樵瓉淼?，D正確.,【易錯分析】本題易錯選項及錯誤原因具體分析如下：,1.(雙選)把太陽系各行星的運動近似看做勻速圓周運動,則離太陽越遠(yuǎn)的行星( )A.周期越小 B.線速度越小

22、C.角速度越大 D.加速度越小【解析】選B、D.由萬有引力提供向心力可得 所以離太陽越遠(yuǎn)，行星的周期越大、線速度越小、角速度越小、加速度越小，故B、D正確.,2.火星的質(zhì)量和半徑分別約為地球的 和 ,地球表面的重力加速度為g,則火星表面的重力加速度約為( )A.0.2g B.0.4g C.2.5g D.5g【解析】選B.在星球

23、表面物體所受重力約等于星球?qū)ζ涞娜f有引力,則有： 即g星球= 所以 即g火=0.4g,選項B正確.,3.(2011·徐州高一檢測)關(guān)于我國發(fā)射的“亞洲一號”地球同步通訊衛(wèi)星的說法，正確的是( )A.若其質(zhì)量加倍，則軌道半徑也要加倍B.它在北京上空運行，故可用于我國的電視廣播C.它以第一宇宙速度運行D.它運行的角

24、速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同,【解析】選D.從 得： 可知軌道半徑與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)， A錯誤；同步衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面重合，即在赤道上空運行，不能在北京上空運行，B錯誤；第一宇宙速度是衛(wèi)星在最低圓軌道上運行的速度，而同步衛(wèi)星在高軌道上運行，其運行速度小于第一宇宙速度，C錯誤；所謂同步就是衛(wèi)星保持與地球相對靜止，所以同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，D正確.,4.(2011·上

25、海高考)人造地球衛(wèi)星在運行過程中由于受到微小的阻力，軌道半徑將緩慢減小.在此運動過程中，衛(wèi)星所受萬有引力大小將_____(填“減小”或“增大”)；其動能將_____(填“減小”或“增大”).【解析】根據(jù)萬有引力公式 在軌道半徑r減小的過程中，萬有引力增大，根據(jù)環(huán)繞速度公式 在軌道半徑r減小的過程中，環(huán)繞速度增大，衛(wèi)星的動能增大.答案：增大 增大,5.某宇宙飛船繞地球遨游太空t=7天后順利

26、返回地面.飛船在運動過程中進(jìn)行了預(yù)定的空間科學(xué)實驗，獲得圓滿成功.(1)設(shè)飛船軌道離地高度為h，地球半徑為R，地面重力加速度為g.則該飛船繞地球正常運轉(zhuǎn)多少圈？(用給定字母表示).(2)若h=600 km，且已知R=6 400 km，則圈數(shù)為多少？,【解析】(1)在軌道上 ① ②在地球表面：