物理人教版（2019）必修第二册7.4宇宙航行（共37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37张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-24 14:38:42 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
第七章 万有引力与宇宙航行
第4节 宇宙航行
教学目标
①会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义；
②了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造卫星的特点；
教学重点
①会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义；
②了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造卫星的特点；
教学难点
掌握几种具有代表性人造卫星的的特点；
1、应用万有引力定律解题的两条思路
(1)万有引力提供天体运动的向心力：
(2)黄金代换
复习回顾
2.行星做圆周运动的规律(同一中心天体)
3.求卫星相距“最近”“最远”问题
高轨低速大周期
角度之差Δθ
探究宇宙奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想。
嫦娥奔月
梦想成真
1969年7月16日，美国宇航员阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号登上月球。
阿姆斯特朗:“对于一个人来说，这只是一小步；但是对于人类来说，这却是一大步。”(That’s one small step for a man, one giant leap for mankind)。
1961年4月12日，苏联宇航员加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
中国航天史
1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。
1970年， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。
风云一号
通信卫星
中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星
1984年4月8日，我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功
飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想。
1992年，中国载人航天工程正式启动。
2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空。
2005年10月12日，神舟六号搭载费俊龙，聂海胜两名航天员升空。
2008年9月25日，神舟七号搭载翟志刚，景海鹏，刘伯明
三名航天员升空。
神舟九号 2012年6月16日下午 首次载人交会对接任务3名航天员进入太空，景海鹏、刘旺和刘洋(中国首位女航天员)。标志着中国完全掌握了载人交会对接技术。
神舟八号 2011年11月01日 由改进型"长征二号"F遥八火箭顺利发射升空。2011年11月3日凌晨，与组合天宫一号成功实施首次交会对接任务，成为中国空间实验室的一部分。
神舟十号 2013年6月11日17时38分搭载三位航天员飞向太空， 将在轨飞行15天，并首次开展我国航天员太空授课活动。
伴随着“神舟”号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．
新课讲授
问题与探究
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造卫星。你知道这个速度至少要多大吗？
一、宇宙速度
根据牛顿的设想，当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动，设地球的质量为M，物体的质量为m，速度为v，它到地心的距离为r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以
第一宇宙速度
已知：①地球的质量为5.98×1024kg
②此物体距离地面很近一般在100-200km的高度飞行，远小于地球自身的半径R（6400km），可近似认为R≈r。
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。此物体就是我们现在往太空发射的近地卫星。
思考：
正确
近地卫星：
地面上的物体：
有人说，第一宇宙速度也可以用 算出来，你认为正确吗？
1、意义：第一宇宙速度是人造近地卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度，它既是最小发射速度，又是最大环绕速度。
对第一宇宙速度的理解
2、决定因素：由计算结果可知，第一宇宙速度的值由中心天体决定，与卫星无关
3、第一宇宙速度的推广：
任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都可以应用相同的原理求解，只需把M，g，R换成对应的中心天体即可。
1．(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，则有( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大
B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关
D．第一宇宙速度与地球的质量有关
CD
2、我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为
A.0.4 km/s B.1.8 km/s
C.11 km/s D.36 km/s
B
三个宇宙速度
数值 意义 说明
第一宇宙速度 7.9km/s 人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度，最大环绕速度。 7.9km/s是卫星的最小发射速度，也是最大环绕速度。发射速度为：7.9km/s第二宇宙速度 11.2km/s 物体挣脱地球引力束缚，离开地球的最小发射速度。 当11.2km/s≤v<16.7km/s,卫星脱离地球束缚，称为太阳系的一颗“小行星”
第三宇宙速度 16.7km/s 物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间的最小发射速度。 当V≥16.7km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚，跑到太阳系以外的宇宙空间中去。
二、人造地球卫星
在地球周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转的，如图所示，请思考
(1)这些卫星运动所需的向心力都是由什么力提供的？这些卫星的轨道平面有什么特点？
卫星运动所需的向心力是由地球与卫星间的万有引力提供的，故所有卫星的轨道平面都经过地心，即轨道圆心与地心重合。
(2)这些卫星的线速度大小、角速度、周期跟什么因素有关呢？
与轨道半径有关，高轨低速大周期
几种常见的轨道
1、近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动时的最大速度和最小周期。
几种常考的人造卫星
2、同步卫星：位于地球赤道上方（处于赤道轨道），相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转角速度相同（T同=T自=24h），广泛应用于通信，又叫同步通信卫星。
1、(多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道
A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆
B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
CD
2、如图4所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星.下列关于a、b、c的说法中正确的是
A.b卫星转动线速度大于7.9 km/s
B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系
为aa＞ab＞ac
C.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝TcD.在b、c中，b的线速度大
D
1、(多选)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫作第一宇宙速度.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是
A.第一宇宙速度大小约为11.2 km/s
B.第一宇宙速度是使人造卫星绕地球运动所需的最小发射速度
C.第一宇宙速度是人造卫星绕地球运动的最小运行速度
D.若已知地球的半径和地球表面的重力加速度，即可求出第一宇宙速度
课堂练习
BD
2、若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度为
A.16 km/s B.32 km/s
C.4 km/s D.2 km/s
课堂练习
A
3、(多选)中俄联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯—土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 .下列关于火星探测器的说法中正确的是
A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可能
C.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度
D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球第一宇宙速度的
课堂练习
CD
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，不计阻力，忽略星球的自转，则这个星球的第一宇宙速度为
课堂练习
A
课堂练习
B
6、2016年8月16日，我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，并进入预定圆轨道.已知“墨子号”卫星的质量为m，轨道离地面的高度为h，绕地球运行的周期为T，地球半径为R，引力常量为G.求：
(1)“墨子号”卫星所需的向心力大小；
(2)地球的质量；
(3)第一宇宙速度的大小.
课堂练习
7、下列关于同步通信卫星的说法正确的是
A.各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的
B.同步通信卫星的角速度虽已确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大，高度降低，速率减小，仍同步
C.我国发射的某颗人造地球卫星的周期是114 min，它的高度比同步卫星低
D.同步通信卫星可以定点在上海的上空
课堂练习
AC
8、如图2所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则
A.ωA＝ωC<ωB B.TA＝TCC.vA＝vCaB
课堂练习
A
9、据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”定点在东经77°赤道上空的同步轨道.关于成功定点的“天链一号01星”，下列说法中正确的是
A.运行速度大于7.9 km/s
B.离地面高度一定
C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
课堂练习
BC
10、(多选)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空.与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距地面约380 km的圆轨道上飞行，则其
A.角速度小于地球自转角速度
B.线速度小于第一宇宙速度
C.周期小于地球自转周期
D.向心加速度小于地面的重力加速度
课堂练习
BCD
1.三个宇宙速度
2.同步卫星和近地卫星的特点
课堂小结
3.人造卫星的运动规律
练习与作业
完成课后习题
第七章 万有引力与宇宙航行
第4节 宇宙航行
教学目标
①会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义；
②了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造卫星的特点；
教学重点
①会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义；
②了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造卫星的特点；
教学难点
掌握几种具有代表性人造卫星的的特点；
1、应用万有引力定律解题的两条思路
(1)万有引力提供天体运动的向心力：
(2)黄金代换
复习回顾
2.行星做圆周运动的规律(同一中心天体)
3.求卫星相距“最近”“最远”问题
高轨低速大周期
角度之差Δθ
探究宇宙奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想。
嫦娥奔月
梦想成真
1969年7月16日，美国宇航员阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号登上月球。
阿姆斯特朗:“对于一个人来说，这只是一小步；但是对于人类来说，这却是一大步。”(That’s one small step for a man, one giant leap for mankind)。
1961年4月12日，苏联宇航员加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
中国航天史
1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。
1970年， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。
风云一号
通信卫星
中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星
1984年4月8日，我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功
飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想。
1992年，中国载人航天工程正式启动。
2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空。
2005年10月12日，神舟六号搭载费俊龙，聂海胜两名航天员升空。
2008年9月25日，神舟七号搭载翟志刚，景海鹏，刘伯明
三名航天员升空。
神舟九号 2012年6月16日下午 首次载人交会对接任务3名航天员进入太空，景海鹏、刘旺和刘洋(中国首位女航天员)。标志着中国完全掌握了载人交会对接技术。
神舟八号 2011年11月01日 由改进型"长征二号"F遥八火箭顺利发射升空。2011年11月3日凌晨，与组合天宫一号成功实施首次交会对接任务，成为中国空间实验室的一部分。
神舟十号 2013年6月11日17时38分搭载三位航天员飞向太空， 将在轨飞行15天，并首次开展我国航天员太空授课活动。
伴随着“神舟”号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．
新课讲授
问题与探究
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造卫星。你知道这个速度至少要多大吗？
一、宇宙速度
根据牛顿的设想，当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动，设地球的质量为M，物体的质量为m，速度为v，它到地心的距离为r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以
第一宇宙速度
已知：①地球的质量为5.98×1024kg
②此物体距离地面很近一般在100-200km的高度飞行，远小于地球自身的半径R（6400km），可近似认为R≈r。
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。此物体就是我们现在往太空发射的近地卫星。
思考：
正确
近地卫星：
地面上的物体：
有人说，第一宇宙速度也可以用 算出来，你认为正确吗？
1、意义：第一宇宙速度是人造近地卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度，它既是最小发射速度，又是最大环绕速度。
对第一宇宙速度的理解
2、决定因素：由计算结果可知，第一宇宙速度的值由中心天体决定，与卫星无关
3、第一宇宙速度的推广：
任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都可以应用相同的原理求解，只需把M，g，R换成对应的中心天体即可。
1．(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，则有( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大
B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关
D．第一宇宙速度与地球的质量有关
CD
2、我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为
A.0.4 km/s B.1.8 km/s
C.11 km/s D.36 km/s
B
三个宇宙速度
数值 意义 说明
第一宇宙速度 7.9km/s 人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度，最大环绕速度。 7.9km/s是卫星的最小发射速度，也是最大环绕速度。发射速度为：7.9km/s
第三宇宙速度 16.7km/s 物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间的最小发射速度。 当V≥16.7km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚，跑到太阳系以外的宇宙空间中去。
二、人造地球卫星
在地球周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转的，如图所示，请思考
(1)这些卫星运动所需的向心力都是由什么力提供的？这些卫星的轨道平面有什么特点？
卫星运动所需的向心力是由地球与卫星间的万有引力提供的，故所有卫星的轨道平面都经过地心，即轨道圆心与地心重合。
(2)这些卫星的线速度大小、角速度、周期跟什么因素有关呢？
与轨道半径有关，高轨低速大周期
几种常见的轨道
1、近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动时的最大速度和最小周期。
几种常考的人造卫星
2、同步卫星：位于地球赤道上方（处于赤道轨道），相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转角速度相同（T同=T自=24h），广泛应用于通信，又叫同步通信卫星。
1、(多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道
A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆
B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
CD
2、如图4所示，a为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星.下列关于a、b、c的说法中正确的是
A.b卫星转动线速度大于7.9 km/s
B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系
为aa＞ab＞ac
C.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc
D
1、(多选)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫作第一宇宙速度.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是
A.第一宇宙速度大小约为11.2 km/s
B.第一宇宙速度是使人造卫星绕地球运动所需的最小发射速度
C.第一宇宙速度是人造卫星绕地球运动的最小运行速度
D.若已知地球的半径和地球表面的重力加速度，即可求出第一宇宙速度
课堂练习
BD
2、若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度为
A.16 km/s B.32 km/s
C.4 km/s D.2 km/s
课堂练习
A
3、(多选)中俄联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯—土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 .下列关于火星探测器的说法中正确的是
A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可能
C.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度
D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球第一宇宙速度的
课堂练习
CD
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，不计阻力，忽略星球的自转，则这个星球的第一宇宙速度为
课堂练习
A
课堂练习
B
6、2016年8月16日，我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，并进入预定圆轨道.已知“墨子号”卫星的质量为m，轨道离地面的高度为h，绕地球运行的周期为T，地球半径为R，引力常量为G.求：
(1)“墨子号”卫星所需的向心力大小；
(2)地球的质量；
(3)第一宇宙速度的大小.
课堂练习
7、下列关于同步通信卫星的说法正确的是
A.各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的
B.同步通信卫星的角速度虽已确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大，高度降低，速率减小，仍同步
C.我国发射的某颗人造地球卫星的周期是114 min，它的高度比同步卫星低
D.同步通信卫星可以定点在上海的上空
课堂练习
AC
8、如图2所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则
A.ωA＝ωC<ωB B.TA＝TC
课堂练习
A
9、据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”定点在东经77°赤道上空的同步轨道.关于成功定点的“天链一号01星”，下列说法中正确的是
A.运行速度大于7.9 km/s
B.离地面高度一定
C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
课堂练习
BC
10、(多选)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空.与“天宫二号”空间实验室对接前，“天舟一号”在距地面约380 km的圆轨道上飞行，则其
A.角速度小于地球自转角速度
B.线速度小于第一宇宙速度
C.周期小于地球自转周期
D.向心加速度小于地面的重力加速度
课堂练习
BCD
1.三个宇宙速度
2.同步卫星和近地卫星的特点
课堂小结
3.人造卫星的运动规律
练习与作业
完成课后习题