7.4 宇宙航行（共38张ppt）
文档属性
| 名称 | 7.4 宇宙航行（共38张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-24 14:14:43 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
第四节、宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
竖直上抛的物体能成为卫星吗？
抛出的物体可能成为卫星吗？
一、人造卫星的发射原理
平抛
洲际导弹
v增大
牛顿人造地球卫星的设想图
一、人造卫星的发射原理
人造卫星
二、宇宙速度
以多大的速度将物体抛出能成为卫星？
R
r ≈ R
地球可看做一个巨大的拱形桥。会不会出现：车的速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？
r = R
二、宇宙速度
黄金代换
二、宇宙速度
1.发射速度
指被发射物体离开地面时的水平初速度
v发射
二、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
v1
法一：
法二：
人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，大小为7.9km/s
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
如果发射速度
7.9km/s＜v
（1）第一宇宙速度
＜11.2km/s
它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。(离心运动)
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
第二宇宙速度v2=11.2km/s
（2）第二宇宙速度
发射速度v≥11.2km/s时，卫星就会挣脱地球引力束缚，永远离开地球。11.2km/s叫第二宇宙速度。
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
第二宇宙速度v2=11.2km/s
第三宇宙速度v3=16.7km/s
（3）第三宇宙速度
如果发射速度v≥16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外了16.7km/s叫第三宇宙速度。
二、宇宙速度
要使卫星在离地面更高的轨道上运行，则需要更____的发射速度，来到新轨道上的线速度比低轨道变____。
大
小
r越大，v越小
二、宇宙速度
2.环绕速度
(1)指卫星在稳定的轨道上绕地转动的线速度
v环绕
二、宇宙速度
(2)轨道越高，环绕
速度越小
2.环绕速度
(3)最大环绕速度即
第一宇宙速度
v1是卫星的最小发射速度
是卫星的最大的环绕速度
三、环绕天体的轨道和各参量特点
项目 推导式 关系式 结论
v与r的关系
ω与r的关系
T与r的关系
an与r的关系
r越大，an越小
r越大，v越小
r越大，越小
r越大，越大
越远越慢
1.各参量特点：
1
2
3
比较图中卫星1、2、3线速度的大小关系？
练习
比较图中卫星1、2、3角速度的大小关系？
比较图中卫星1、2、3周期的大小关系？
v1＞v2＞v3
ω1＞ω2＞ω3
T1＜T2＜T3
太阳系八大行星半径与周期
行星 半径r（km） 周期T（d）
水星 5.79×107 87.96
金星 1.082×108 224.68
地球 1.496×108 365.26
火星 2.279×108 686.95
木星 7.783×108 4334.3
土星 1.427×109 10760
天王星 2.871×109 30685
海王星 4.497×109 60189
神舟十号 6700 0.0628
同步卫星 42370 1.0000
月球 385000 27.322
三、环绕天体的轨道和各参量特点
F引
Fn
F
赤道平面
北
南
东
西
F引=Fn
2.轨道：
卫星轨道的圆心与地心重合
赤道平面
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
自转轴
三、环绕天体的轨道和各参量特点
3.按高度分类
项目
卫星
轨道半径r/km
离地高度h/km
周期T
线速度v/(km/s)
近地卫星
飞船
空间站
月球
6400
约6750
约38万(约60R)
0
约350
84min
约90min
27.3天
7.9
约7.7
1
三、环绕天体的轨道和各参量特点
4.同步卫星
①运行方向与地球自转方向一致
②运转周期与地球自转周期相同
③运行角速度等于地球自转角速度
④轨道平面只能在赤道平面上
（1）特点：
(自西向东)
(T=24h)
(位于赤道上某点正上方)
地球同步卫星能否位于北京正上方某一高度 ？
三、环绕天体的轨道和各参量特点
4.同步卫星
（2）同步卫星距离地面的高度h
代入地球半径R=6400km，地球质量M=6×1024kg
(约三万六千公里)
三、环绕天体的轨道和各参量特点
项目
卫星
轨道半径r/km
离地高度h/m
周期T
线速度v/(km/s)
近地卫星
飞船
空间站
同步卫星
月球
6400
约6750
4.2万(6R)
约38万(约60R)
0
约350
3.6万(约5R)
84min
约90min
24h
27.3天
7.9
约7.7
3.1
1
3.按高度分类
赤道平面
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
自转轴
同步轨道
我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星，周期为12h。我国发射的风云二号气象卫星是地球同步卫星，周期是24h。风云一号与二号相比….
练习
一号线速度更大
一号角速度更大
二号高度更大
一号受地球万有引力更大
同步卫星发射过程模拟
停泊轨道
转移轨道
同步轨道
练习
设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在A点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点B时的速率为v3，在B点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小。
B
v2
v3
A
v4
v1
II
I
III
B
v2
v3
A
v4
v1
II
I
III
三、环绕天体的轨道和各参量特点
5.卫星变轨
A点：
I→II
做离心运动
加速
B点：
II→III
做离心运动
加速
v1＜v2
v3＜v4
v4＜v1
v3＜ v4＜v1＜v2
天问一号的探火过程
减速
加速
三、环绕天体的轨道和各参量特点
6.卫星的超重和失重
（1）发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
（2）沿圆轨道正常运行
只受万有引力时
a = g轨
完全失重
补充：双星系统
单星系统
补充：双星系统
现代观测表明，由于引力作用，恒星有“聚集”的特点，众多的恒星组成不同层次的恒星系统，最简单的恒星系统是两颗互相绕转的双星，如图所示
补充：双星系统
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
r2
r1
补充：双星系统
2.万有引力提供向心力
r2
r1
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
L
补充：双星系统
r1
r2
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
2.万有引力提供向心力
补充：双星系统
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
2.万有引力提供向心力。
双星以两者圆心连线上某点
为圆心做匀速圆周运动 ，
m1r1=m2r2，m越大，r越小
r1
r2
补充：双星系统
第四节、宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
竖直上抛的物体能成为卫星吗？
抛出的物体可能成为卫星吗？
一、人造卫星的发射原理
平抛
洲际导弹
v增大
牛顿人造地球卫星的设想图
一、人造卫星的发射原理
人造卫星
二、宇宙速度
以多大的速度将物体抛出能成为卫星？
R
r ≈ R
地球可看做一个巨大的拱形桥。会不会出现：车的速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？
r = R
二、宇宙速度
黄金代换
二、宇宙速度
1.发射速度
指被发射物体离开地面时的水平初速度
v发射
二、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
v1
法一：
法二：
人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，大小为7.9km/s
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
如果发射速度
7.9km/s＜v
（1）第一宇宙速度
＜11.2km/s
它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。(离心运动)
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
第二宇宙速度v2=11.2km/s
（2）第二宇宙速度
发射速度v≥11.2km/s时，卫星就会挣脱地球引力束缚，永远离开地球。11.2km/s叫第二宇宙速度。
第一宇宙速度v1=7.9km/s
二、宇宙速度
7.9km/s＜v＜11.2km/s
第二宇宙速度v2=11.2km/s
第三宇宙速度v3=16.7km/s
（3）第三宇宙速度
如果发射速度v≥16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外了16.7km/s叫第三宇宙速度。
二、宇宙速度
要使卫星在离地面更高的轨道上运行，则需要更____的发射速度，来到新轨道上的线速度比低轨道变____。
大
小
r越大，v越小
二、宇宙速度
2.环绕速度
(1)指卫星在稳定的轨道上绕地转动的线速度
v环绕
二、宇宙速度
(2)轨道越高，环绕
速度越小
2.环绕速度
(3)最大环绕速度即
第一宇宙速度
v1是卫星的最小发射速度
是卫星的最大的环绕速度
三、环绕天体的轨道和各参量特点
项目 推导式 关系式 结论
v与r的关系
ω与r的关系
T与r的关系
an与r的关系
r越大，an越小
r越大，v越小
r越大，越小
r越大，越大
越远越慢
1.各参量特点：
1
2
3
比较图中卫星1、2、3线速度的大小关系？
练习
比较图中卫星1、2、3角速度的大小关系？
比较图中卫星1、2、3周期的大小关系？
v1＞v2＞v3
ω1＞ω2＞ω3
T1＜T2＜T3
太阳系八大行星半径与周期
行星 半径r（km） 周期T（d）
水星 5.79×107 87.96
金星 1.082×108 224.68
地球 1.496×108 365.26
火星 2.279×108 686.95
木星 7.783×108 4334.3
土星 1.427×109 10760
天王星 2.871×109 30685
海王星 4.497×109 60189
神舟十号 6700 0.0628
同步卫星 42370 1.0000
月球 385000 27.322
三、环绕天体的轨道和各参量特点
F引
Fn
F
赤道平面
北
南
东
西
F引=Fn
2.轨道：
卫星轨道的圆心与地心重合
赤道平面
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
自转轴
三、环绕天体的轨道和各参量特点
3.按高度分类
项目
卫星
轨道半径r/km
离地高度h/km
周期T
线速度v/(km/s)
近地卫星
飞船
空间站
月球
6400
约6750
约38万(约60R)
0
约350
84min
约90min
27.3天
7.9
约7.7
1
三、环绕天体的轨道和各参量特点
4.同步卫星
①运行方向与地球自转方向一致
②运转周期与地球自转周期相同
③运行角速度等于地球自转角速度
④轨道平面只能在赤道平面上
（1）特点：
(自西向东)
(T=24h)
(位于赤道上某点正上方)
地球同步卫星能否位于北京正上方某一高度 ？
三、环绕天体的轨道和各参量特点
4.同步卫星
（2）同步卫星距离地面的高度h
代入地球半径R=6400km，地球质量M=6×1024kg
(约三万六千公里)
三、环绕天体的轨道和各参量特点
项目
卫星
轨道半径r/km
离地高度h/m
周期T
线速度v/(km/s)
近地卫星
飞船
空间站
同步卫星
月球
6400
约6750
4.2万(6R)
约38万(约60R)
0
约350
3.6万(约5R)
84min
约90min
24h
27.3天
7.9
约7.7
3.1
1
3.按高度分类
赤道平面
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
自转轴
同步轨道
我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星，周期为12h。我国发射的风云二号气象卫星是地球同步卫星，周期是24h。风云一号与二号相比….
练习
一号线速度更大
一号角速度更大
二号高度更大
一号受地球万有引力更大
同步卫星发射过程模拟
停泊轨道
转移轨道
同步轨道
练习
设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在A点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点B时的速率为v3，在B点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小。
B
v2
v3
A
v4
v1
II
I
III
B
v2
v3
A
v4
v1
II
I
III
三、环绕天体的轨道和各参量特点
5.卫星变轨
A点：
I→II
做离心运动
加速
B点：
II→III
做离心运动
加速
v1＜v2
v3＜v4
v4＜v1
v3＜ v4＜v1＜v2
天问一号的探火过程
减速
加速
三、环绕天体的轨道和各参量特点
6.卫星的超重和失重
（1）发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
（2）沿圆轨道正常运行
只受万有引力时
a = g轨
完全失重
补充：双星系统
单星系统
补充：双星系统
现代观测表明，由于引力作用，恒星有“聚集”的特点，众多的恒星组成不同层次的恒星系统，最简单的恒星系统是两颗互相绕转的双星，如图所示
补充：双星系统
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
r2
r1
补充：双星系统
2.万有引力提供向心力
r2
r1
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
L
补充：双星系统
r1
r2
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
2.万有引力提供向心力
补充：双星系统
特点：
1.两星角速度ω、周期T相同
2.万有引力提供向心力。
双星以两者圆心连线上某点
为圆心做匀速圆周运动 ，
m1r1=m2r2，m越大，r越小
r1
r2
补充：双星系统