物理人教版（2019）必修第二册7.4宇宙航行（共28张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册7.4宇宙航行（共28张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 6.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-06 09:06:53 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
宇宙航行
学习目标：
（1）了解人造卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度
（2）知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题
（3）了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观
（4）了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感
中国的飞天梦历程
嫦娥奔月
万户飞天
中国航天
从嫦娥奔月到万户飞天，再到嫦娥五号、天问一号，中国一直在为“飞天”梦想努力着。
问题导引：
1、发射卫星至少需要多大的速度？
2、卫星的运行速度是由什么决定的？
3、卫星的轨道是怎样的？
阅读Ｐ59—Ｐ62
问题导引：
1、在地面把一个物体水平抛出后，物体做什么运动？它的落点与哪些因素有关系？
2、牛顿设想要是物体不落回地面，绕地球做匀速圆周运动的速度是多大？又叫什么速度？
3、第二宇宙速度是多大？第三宇宙速度是多大？
4、人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系是什么？
？物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢
牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
宇宙速度
1、第一宇宙速度
物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度
方法一：
方法二：
？：请尝试推导物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
推导第一宇宙速度
设：地球质量为M，物体质量为m，地球半径为r,运行速度为v,地球表面重力加速度为g
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供
宇宙速度
3、对发射速度和环绕速度的理解
(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。
宇宙速度
在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况：
第二宇宙速度
v
A
4
当速度v>11.2km/s，飞行器将沿轨道4（蓝色虚线）运动，只是这个轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动；
第二宇宙速度
2
1
3
第二宇宙速度也称为逃逸速度。
宇宙速度
在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况：
第三宇宙速度
当速度v>16.7km/s时，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。
5
第三宇宙速度
（脱离速度）
地球表面上的 发射速度 v 运动情况
v<7.9km/s 物体落回地面
v=7.9km/s 绕地球匀速圆周
7.9km/s11.2km/s≤v<16.7km/s 脱离地球，
绕太阳运动
16.7km/s≤v 飞出太阳系
三大宇宙速度
小结：地球三种宇宙速度的理解
(1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度。
(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是卫星的最小发射速度。
(3)轨道半径越大的卫星，其最大运行速度越小，但其地面最小发射速度越大。
[情景探究] 在地球的周围，有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动。请思考：
(1)这些卫星运动的向心力都由什么力提供？这些卫星的轨道平面有什么特点？
(2)同步卫星是否就真的静止不动？
提示：(1)卫星的向心力由地球对卫星的万有引力提供，所有卫星的轨道平面都经过地心。
(2)同步卫星在赤道平面上绕地球做匀速圆周运动，转动周期与地球的自转周期相同，T＝24 h，相对地球静止。
要点 人造地球卫星
1．人造卫星的三种轨道
(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。
(2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
(3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。
同步卫星的“六个一定”
①轨道平面一定：赤道平面
②周期与角速度一定：T=24h
⑤运转方向一定:自西向东
③轨道半径一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
⑥向心加速度的大小一定:
人造地球卫星的分类
只有质量可以不同
同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较
(1)在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差。
(2)近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供；同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度。
(3)当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时，往往借助同步卫星这一纽带，这样会使问题迎刃而解。
[自主评价]
1．判断正误
(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度。( )
(2)卫星绕地球运行不需要力的作用。( )
(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。( )
(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。( )
(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s。( )
(6)同步卫星可以“静止”在北京的上空。( )
√
×
×
×
√
×
对三种宇宙速度的理解
[典例1] (多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )
A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2
B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度
C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度
D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
ＣＤ
[典例3] (多选)四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示，其中a是静止在地球赤道上还未发射的卫星，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星。四颗卫星相比较( )
A．a的向心加速度最大
B．相同时间内b转过的角度最大
C．c相对于b静止
D．d的运动周期可能是26 h
ＢＤ
[典例] 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球
卫星导航系统，是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛
纳斯卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。
如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意
图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A．卫星a的角速度小于c的角速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D．卫星b的周期大于24 h
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
（1857-1935苏联）
“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”
载人航天与太空探索
多级火箭理论
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
载人航天与太空探索
1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
载人航天与太空探索
2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。
载人航天与太空探索
钱学森，世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，“中国科制之父”和“火箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。
曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授。1950年钱学森回国受阻，并受美国方面监禁，1955年，在毛泽东主席和周恩来总理的争取下回到中国。
中国航天之父
中国航天之父：钱学森（1911.12.11－2009.10.31）
物理之美 在于千变万化
物理之魅力 万变不离其宗
宇宙航行
学习目标：
（1）了解人造卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度
（2）知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题
（3）了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观
（4）了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感
中国的飞天梦历程
嫦娥奔月
万户飞天
中国航天
从嫦娥奔月到万户飞天，再到嫦娥五号、天问一号，中国一直在为“飞天”梦想努力着。
问题导引：
1、发射卫星至少需要多大的速度？
2、卫星的运行速度是由什么决定的？
3、卫星的轨道是怎样的？
阅读Ｐ59—Ｐ62
问题导引：
1、在地面把一个物体水平抛出后，物体做什么运动？它的落点与哪些因素有关系？
2、牛顿设想要是物体不落回地面，绕地球做匀速圆周运动的速度是多大？又叫什么速度？
3、第二宇宙速度是多大？第三宇宙速度是多大？
4、人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系是什么？
？物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢
牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
宇宙速度
1、第一宇宙速度
物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度
方法一：
方法二：
？：请尝试推导物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
推导第一宇宙速度
设：地球质量为M，物体质量为m，地球半径为r,运行速度为v,地球表面重力加速度为g
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供
宇宙速度
3、对发射速度和环绕速度的理解
(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。
宇宙速度
在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况：
第二宇宙速度
v
A
4
当速度v>11.2km/s，飞行器将沿轨道4（蓝色虚线）运动，只是这个轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动；
第二宇宙速度
2
1
3
第二宇宙速度也称为逃逸速度。
宇宙速度
在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况：
第三宇宙速度
当速度v>16.7km/s时，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。
5
第三宇宙速度
（脱离速度）
地球表面上的 发射速度 v 运动情况
v<7.9km/s 物体落回地面
v=7.9km/s 绕地球匀速圆周
7.9km/s
绕太阳运动
16.7km/s≤v 飞出太阳系
三大宇宙速度
小结：地球三种宇宙速度的理解
(1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度。
(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是卫星的最小发射速度。
(3)轨道半径越大的卫星，其最大运行速度越小，但其地面最小发射速度越大。
[情景探究] 在地球的周围，有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动。请思考：
(1)这些卫星运动的向心力都由什么力提供？这些卫星的轨道平面有什么特点？
(2)同步卫星是否就真的静止不动？
提示：(1)卫星的向心力由地球对卫星的万有引力提供，所有卫星的轨道平面都经过地心。
(2)同步卫星在赤道平面上绕地球做匀速圆周运动，转动周期与地球的自转周期相同，T＝24 h，相对地球静止。
要点 人造地球卫星
1．人造卫星的三种轨道
(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。
(2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
(3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。
同步卫星的“六个一定”
①轨道平面一定：赤道平面
②周期与角速度一定：T=24h
⑤运转方向一定:自西向东
③轨道半径一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
⑥向心加速度的大小一定:
人造地球卫星的分类
只有质量可以不同
同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较
(1)在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差。
(2)近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供；同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度。
(3)当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时，往往借助同步卫星这一纽带，这样会使问题迎刃而解。
[自主评价]
1．判断正误
(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度。( )
(2)卫星绕地球运行不需要力的作用。( )
(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。( )
(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。( )
(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s。( )
(6)同步卫星可以“静止”在北京的上空。( )
√
×
×
×
√
×
对三种宇宙速度的理解
[典例1] (多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )
A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2
B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度
C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度
D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
ＣＤ
[典例3] (多选)四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示，其中a是静止在地球赤道上还未发射的卫星，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星。四颗卫星相比较( )
A．a的向心加速度最大
B．相同时间内b转过的角度最大
C．c相对于b静止
D．d的运动周期可能是26 h
ＢＤ
[典例] 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球
卫星导航系统，是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛
纳斯卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。
如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意
图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A．卫星a的角速度小于c的角速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D．卫星b的周期大于24 h
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
（1857-1935苏联）
“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”
载人航天与太空探索
多级火箭理论
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
载人航天与太空探索
1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
载人航天与太空探索
2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。
载人航天与太空探索
钱学森，世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，“中国科制之父”和“火箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。
曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授。1950年钱学森回国受阻，并受美国方面监禁，1955年，在毛泽东主席和周恩来总理的争取下回到中国。
中国航天之父
中国航天之父：钱学森（1911.12.11－2009.10.31）
物理之美 在于千变万化
物理之魅力 万变不离其宗