第2讲宇宙航行概要.ppt

第2讲 宇宙航行【自主学习】第2讲 宇 宙 航 行(本讲对应学生用书第62~64页) 考纲解读1. 了解三个宇宙速度的含义;能推算第一宇宙速度.了解发射速度和运行速度的区别.2. 了解不同类型的人造卫星的异同.3. 能定性理解卫星追及、变轨及双星等问题. 基础梳理1. 第一宇宙速度:又叫环绕速度,既是最小发射速度,也是最大环绕速度,v1=7.9km/s.2. 第二宇宙速度:使卫星挣脱地球的束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度,v2 =11.2km/s.3. 第三宇宙速度:使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度,v3 =16.7km/s.4. 同步通信卫星:是指在赤道平面内,相对于地面静止且与地球同向自转、绕地球运行的卫星. 【要点导学】 要点1 宇宙速度1. 第一宇宙速度的推导方法一:.方法二:说明:在地面附近以第一宇宙速度运行的卫星速度是最大的,周期是最小的,Tmin=2π =5 064 s≈85 min. 2. 宇宙速度与运动轨迹的关系(1) v发=7.9 km/s时,卫星绕地球做匀速圆周运动.(2) 7.9 km/sv发11.2 km/s,卫星绕地球运动的轨迹为椭圆.(3) 11.2 km/s≤v发16.7 km/s,卫星绕太阳做椭圆运动.(4) v发≥16.7 km/s,卫星将挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的空间. 【典题演示1】 (2014·江苏卷)已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( ) 要点2 卫星运行参量的分析与比较1. 利用万有引力定律解决卫星运动的一般思路(1) 一个模型天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型. (2) 两组公式 2. 卫星运动中的机械能(1) 只在万有引力作用下卫星绕中心天体做匀速圆周运动和沿椭圆轨道运动,机械能均守恒,这里的机械能包括卫星的动能、卫星(与中心天体)的引力势能.(2) 质量相同的卫星,圆轨道半径越大,动能越小,势能越大,机械能越大. 3. 近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体的三种匀速圆周运动的比较(4) 动力学规律① 近地卫星和同步卫星满足 ② 赤道上的物体不满足万有引力充当向心力即 ≠m . (1) 轨道半径:近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同,同步卫星的轨道半径较大,即r同r近=r物. (2) 运行周期:同步卫星与赤道上物体的运行周期相同.由T=2π 可知,近地卫星的周期要小于同步卫星的周期,即T近T同=T物. (3) 向心加速度:由G =ma知,同步卫星的加速度小于近地卫星的加速度.由a=rω2=r 知,同步卫星的加速度大于赤道上物体的加速度,即a近a同a物. 【典题演示2】 (多选 “嫦娥三号”登月探测器靠近月球后,先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行;然后经过一系列过程,在离月面4 m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止);最后关闭发动机,探测器自由下落,已知探测器的质量约为1.3×103 kg,地球质量约为月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的3.7倍,地球表面的重力加速度约为9.8 m/s2,则此探测器( )A. 着落前的瞬间,速度大小约为8.9 m/sB. 悬停时受到的反冲作用力约为2×103 NC. 从离开近月圆轨道这段时间内,机械能守恒D. 在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度 要点3 宇宙多星模型1. 宇宙双星模型(1) 两颗行星做匀速圆周运动所需的向心力是由它们之间的万有引力提供的,故两行星做匀速圆周运动的向心力大小相等.(2) 两颗行星均绕它们连线上的一点做匀速圆周运动,因此它们的运行周期和角速度是相等的. (3) 两颗行星做匀速圆周运动的半径r1和r2与两行星间距L的大小关系:r1+r2=L. 2. 三星、四星模型除满足各星的角速度相等以外,还要注意分析各星做匀速圆周运动的向心力大小和轨道半径. 【典题演示3】 (2015·安徽卷)由三颗星体构成的系统,忽略其他星体对它们的作用,存在着一种运动形式:三颗星体在相互之间的万有引力作用下,分别位于等边三角形的三个顶点上,绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图示为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况).若A星体质量为2m,B、C两星体的质量均为m,三角形边长为a.求: (1) A星体所受合力大小FA.(2) B星体所受合力大小FB.(3) C星体的轨道半径RC.(4) 三星体做圆周运动的周期T. 要点4 卫星的追及相遇问题某星体的两颗卫