2021年高中物理新人教版必修第二册 第7章 4 宇宙航行 课件（44张PPT）
文档属性
| 名称 | 2021年高中物理新人教版必修第二册 第7章 4 宇宙航行 课件（44张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-13 08:30:29 | ||
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文档简介
(共44张PPT)
第七章 万有引力与宇宙航行
4 宇宙航行
学习目标 学法指导
1.知道三个宇宙的速度的含义，会推导第一宇宙速度 2．了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 3．了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况 1.通过近地卫星的运行推导第一宇宙速度并计算其数值，同时理解第二、第三宇宙速度的含义
2．通过对地球卫星运动的分析，掌握不同高度卫星的线速度、角速度、周期和加速度的特点
3．通过阅读教材，体会人类探索太空的成就与科学精神
知识导图
预习导学 | 新知领悟
宇宙速度
7.9
最大
最小
11.2
地球
最小
16.7
太阳
最小
关于宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
【答案】A
【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C错误；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，D错误．
1．________年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．
2．________年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功．为我国航天事业作出特殊贡献的科学家__________被誉为“中国航天之父”．
3．地球同步卫星：(1)位于____________上方，高度约为__________km.
(2)相对地面________，周期与________周期相同．
人造地球卫星
1957
1970
钱学森
赤道
36 000
静止
地球自转
1．1961年4月12日，苏联航天员________乘坐“东方一号”载人飞船首次成功进入太空．
2．1969年7月美国“阿波罗11号”登上________.
3．2003年10月15日我国航天员________踏入太空．
4．2013年6月，“神舟十号”分别完成与“天宫一号”的手动和自动交会________.
载人航天与太空探索
加加林
月球
杨利伟
对接
多维课堂 | 素养初培
如图，甲是正在发射的火箭，乙是三个宇宙速度．思考以下问题．
宇宙速度的推导和理解
问题
(1)如何推导第一宇宙速度？
(2)怎样理解第一宇宙速度的意义？
(3)当人造卫星的发射速度7.9 km/s探究总结
1．发射速度
指卫星直接从地面发射后离开地面时的速度，相当于在地面上用一门威力强大的大炮将卫星轰出炮口时的速度，卫星离开炮口后，不再对卫星提供动力．现实中并非这样发射卫星，而是由火箭推送经过长时间的加速，最终送入预定轨道并运行工作．
精练1 恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星的第一宇宙速度约为 ( )
A．7.9 km/s B．16.7 km/s
C．2.9×104km/s D．5.8×104 km/s
【答案】D
在地球的周围，有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动，若轨迹为圆，请思考：
人造卫星的运行规律
问题
(1)这些卫星的轨道圆心有什么特点？
(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？
探究总结
设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度大小为ω，周期为T，向心加速度大小为a.
精练2 如图所示，设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，金星自身的半径是火星的n倍，质量为火星的k倍，不考虑行星自转的影响，则 ( )
【答案】B
A．地球同步卫星的运行速度大于7.9 km/s
B．地球同步卫星的线速度比静止在赤道上物体的小
C．中轨道卫星的周期大于24 h
D．中轨道卫星的向心加速度比地球同步卫星的大
变式2 2019年4月20日，我国成功发射第44颗“北斗”导航卫星．“北斗”卫星导航定位系统由地球同步卫星、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．下列说法正确的是 ( )
【答案】D
本题解答时需注意：①区别两个半径(行星自身半径与公转轨道半径)；②区别两个加速度(公转向心加速度与行星表面重力加速度)；③比较第一宇宙速度时，只需比较根号内的数字大小即可.
核心素养微专题
物理与科学技术——航天器的变轨与对接
当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运行．
3．综上所述，当卫星航天器需要变轨到更大半径的轨道需要加速，但到达预定的轨道后的运行速度比原运行速度则更小了，反之变轨到更小半径的轨道，则需要减速，但到达轨道后运行速度比原速度更大了．
4．从能量的角度来讲，外力做功加速的目的是克服万有引力做功，从而获得更大的重力势能，而并非转化为卫星的功能．相反，减速之后，轨道半径变小，卫星将部分势能转化成了动能，从而获得了更大的速度．
专练 (多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则 ( )
A．该卫星的发射速度必定大于11.2 km/s
B．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/s
C．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度
D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
【答案】CD
【解析】11.2 km/s是卫星脱离地球引力束缚的发射速度，而同步卫星仍然绕地球运动，故A错误；7.9 km/s(第一宇宙速度)是近地卫星的环绕速度，也是卫星做圆周运动最大的环绕速度，同步卫星运动的线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；椭圆轨道Ⅰ上，P是近地点，故卫星在P点的速度大于在Q点的速度，卫星在轨道Ⅰ上的Q点做向心运动，只有加速后才能沿轨道Ⅱ运动，故C、D正确．
课堂小练 | 素养达成
1．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．第一宇宙速度又叫环绕速度
B．第一宇宙速度又叫脱离速度
C．第一宇宙速度跟地球的质量无关
D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
【答案】A
2．关于地球同步卫星，下列表述正确的是 ( )
A．卫星运行时可能经过重庆的正上方
B．卫星的运行速度大于第一宇宙速度
C．卫星距离地面的高度大于月球离地面的高度
D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
【答案】D
3．(多选)已知地球半径为R，质量为M，自转角速度为ω，地面重力加速度为g，引力常量为G，地球同步卫星的运行速度为v，则第一宇宙速度的值可表示为 ( )
【答案】ABC
4．2019年3月10日0时28分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空，卫星进入预定轨道．“中星6C”卫星是一颗用于广播和通信的相对地球静止的轨道通信卫星，离地面的高度大约为地球半径的6倍．问“中星6C”卫星的运行速度与第一宇宙速度之比大约为多少？
课后 | 提升练习
第七章 万有引力与宇宙航行
4 宇宙航行
学习目标 学法指导
1.知道三个宇宙的速度的含义，会推导第一宇宙速度 2．了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 3．了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况 1.通过近地卫星的运行推导第一宇宙速度并计算其数值，同时理解第二、第三宇宙速度的含义
2．通过对地球卫星运动的分析，掌握不同高度卫星的线速度、角速度、周期和加速度的特点
3．通过阅读教材，体会人类探索太空的成就与科学精神
知识导图
预习导学 | 新知领悟
宇宙速度
7.9
最大
最小
11.2
地球
最小
16.7
太阳
最小
关于宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
【答案】A
【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C错误；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，D错误．
1．________年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．
2．________年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功．为我国航天事业作出特殊贡献的科学家__________被誉为“中国航天之父”．
3．地球同步卫星：(1)位于____________上方，高度约为__________km.
(2)相对地面________，周期与________周期相同．
人造地球卫星
1957
1970
钱学森
赤道
36 000
静止
地球自转
1．1961年4月12日，苏联航天员________乘坐“东方一号”载人飞船首次成功进入太空．
2．1969年7月美国“阿波罗11号”登上________.
3．2003年10月15日我国航天员________踏入太空．
4．2013年6月，“神舟十号”分别完成与“天宫一号”的手动和自动交会________.
载人航天与太空探索
加加林
月球
杨利伟
对接
多维课堂 | 素养初培
如图，甲是正在发射的火箭，乙是三个宇宙速度．思考以下问题．
宇宙速度的推导和理解
问题
(1)如何推导第一宇宙速度？
(2)怎样理解第一宇宙速度的意义？
(3)当人造卫星的发射速度7.9 km/s
1．发射速度
指卫星直接从地面发射后离开地面时的速度，相当于在地面上用一门威力强大的大炮将卫星轰出炮口时的速度，卫星离开炮口后，不再对卫星提供动力．现实中并非这样发射卫星，而是由火箭推送经过长时间的加速，最终送入预定轨道并运行工作．
精练1 恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星的第一宇宙速度约为 ( )
A．7.9 km/s B．16.7 km/s
C．2.9×104km/s D．5.8×104 km/s
【答案】D
在地球的周围，有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动，若轨迹为圆，请思考：
人造卫星的运行规律
问题
(1)这些卫星的轨道圆心有什么特点？
(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？
探究总结
设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度大小为ω，周期为T，向心加速度大小为a.
精练2 如图所示，设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，金星自身的半径是火星的n倍，质量为火星的k倍，不考虑行星自转的影响，则 ( )
【答案】B
A．地球同步卫星的运行速度大于7.9 km/s
B．地球同步卫星的线速度比静止在赤道上物体的小
C．中轨道卫星的周期大于24 h
D．中轨道卫星的向心加速度比地球同步卫星的大
变式2 2019年4月20日，我国成功发射第44颗“北斗”导航卫星．“北斗”卫星导航定位系统由地球同步卫星、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．下列说法正确的是 ( )
【答案】D
本题解答时需注意：①区别两个半径(行星自身半径与公转轨道半径)；②区别两个加速度(公转向心加速度与行星表面重力加速度)；③比较第一宇宙速度时，只需比较根号内的数字大小即可.
核心素养微专题
物理与科学技术——航天器的变轨与对接
当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运行．
3．综上所述，当卫星航天器需要变轨到更大半径的轨道需要加速，但到达预定的轨道后的运行速度比原运行速度则更小了，反之变轨到更小半径的轨道，则需要减速，但到达轨道后运行速度比原速度更大了．
4．从能量的角度来讲，外力做功加速的目的是克服万有引力做功，从而获得更大的重力势能，而并非转化为卫星的功能．相反，减速之后，轨道半径变小，卫星将部分势能转化成了动能，从而获得了更大的速度．
专练 (多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则 ( )
A．该卫星的发射速度必定大于11.2 km/s
B．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/s
C．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度
D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
【答案】CD
【解析】11.2 km/s是卫星脱离地球引力束缚的发射速度，而同步卫星仍然绕地球运动，故A错误；7.9 km/s(第一宇宙速度)是近地卫星的环绕速度，也是卫星做圆周运动最大的环绕速度，同步卫星运动的线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；椭圆轨道Ⅰ上，P是近地点，故卫星在P点的速度大于在Q点的速度，卫星在轨道Ⅰ上的Q点做向心运动，只有加速后才能沿轨道Ⅱ运动，故C、D正确．
课堂小练 | 素养达成
1．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是 ( )
A．第一宇宙速度又叫环绕速度
B．第一宇宙速度又叫脱离速度
C．第一宇宙速度跟地球的质量无关
D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
【答案】A
2．关于地球同步卫星，下列表述正确的是 ( )
A．卫星运行时可能经过重庆的正上方
B．卫星的运行速度大于第一宇宙速度
C．卫星距离地面的高度大于月球离地面的高度
D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
【答案】D
3．(多选)已知地球半径为R，质量为M，自转角速度为ω，地面重力加速度为g，引力常量为G，地球同步卫星的运行速度为v，则第一宇宙速度的值可表示为 ( )
【答案】ABC
4．2019年3月10日0时28分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空，卫星进入预定轨道．“中星6C”卫星是一颗用于广播和通信的相对地球静止的轨道通信卫星，离地面的高度大约为地球半径的6倍．问“中星6C”卫星的运行速度与第一宇宙速度之比大约为多少？
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