人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章 万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行课件(共27张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章 万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行课件(共27张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-09 22:15:55 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
宇宙航行
牛顿的设想
牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家
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，速度越大，落地点也就越远。抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为地球人造卫星。
牛顿人造卫星原理图
？
M
m
F万
思考1：至少以多大的速度将物体水平抛（发射）出去，它才会绕地球运动，不会落下来呢？
（2）需要忽略的次要因素是什么？
需要哪些近似处理？
（ 1 ）应构建一个怎样的物理模型？
——物体在环绕地球运动
——太阳的作用可以忽略
——物体的运动可视作匀速圆周运动
物体只受到指向地心的引力作用！
——因为是在地球表面附近，所以 r = R
——在地球表面附近运动
（3）运用怎样的物理规律求该地面附近物体的水平抛出速度呢？
——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（环绕速度）。
——这也是将物体从地面抛出，使得物体不落回地面的最小的发射速度。
——该物体做圆周运动的线（环绕）速度
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度
练一练：已知地球的半径R和地球表面处的重力加速度g。若不考虑地球自转的影响,根据以上数据计算出地球的第一宇宙速度。
分析：模型1：设物体在地球表面附近环绕地球运动
模型2：设物体在地面上
三个宇宙速度
1、在地面附近发射飞行器，如果发射速度等于7.9km/s，该飞行器只能围绕地球做圆周运动（如左图），我们把7.9km/s叫作第一宇宙速度。
2、在地面附近发射飞行器，如果发射速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，该飞行器绕地球的轨迹不是圆，而是椭圆。若发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球，我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度（地球的逃逸速度）。
3、达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱 太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（太阳的逃逸速度）。
结论：地面上发射速度越大，飞行器就能到更远的外太空。
垂直起飞
发射人造地球卫星
船箭分离之后，宇宙飞船（卫星）以一定的速度进入预定轨道。
发射速度
所有轨道圆心都与地心重合！
同步卫星轨道
人造卫星环绕轨道
地球同步卫星
思考2：人造卫星进入预定轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度叫作环绕速度。那么，环绕速度等于发射速度吗？
同步卫星m
M
已知：地球半径6400km，同步卫星离地高度为36000km。求：同步卫星的环绕速度？
T同步=24h
又称静止卫星
而从地面上发射一颗同步卫星的发射速度
7.9km/s;
11.2km/s;
>
<
但在地球表面附近运动的卫星（近地卫星）的环绕速度可近似等于其发射速度！
环绕速度等于发射速度
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度
思考3：人造卫星进入不同高度的轨道绕地球做匀速圆周运动的环绕（线）速度、角速度、向心加速度、周期有什么规律吗？
可见：卫星运动情况(a、v 、ω 、T )是由 r 唯 一决定
近地卫星轨道高度最低，其环绕速度最大
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度，是最大的环绕速度
思考4：同步卫星的运动有啥特殊之处吗？
h=36000km
r=4.2×107m
v=3.1km/s
T=24h
h=3.8×105km
r≈3.8×108m
v=1km/s
T=27.3天
h≈0
r=6400km
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
思考5：近地卫星、同步卫星、月球三者比较
同步卫星离地高度为36000km
一颗同步卫星覆盖地球的宽度角为17.4度
宽度角覆盖的地球弧长为18100km
地球赤道周长40000km
那么至少需要三颗卫星才能覆盖全部地球表面
练一练：如图所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会完全失重，下列说法中正确的是 ( )
A．宇航员仍受万有引力的作用
B．宇航员受力平衡
C．宇航员受万有引力和向心力
D．宇航员不受任何作用力
A
处于完全失重状态！
小 结
为什么要研究黑洞？
因为它就在那里！
——霍金
【例1】 我国发射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1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s.则该探月卫星绕月运行的速率约为( )
A．0.4km/s B．1.8km/s
C．11km/s D．36km/s
B
实际求的是：月球的第一宇宙速度
【例2】 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b的质量相等且小于c的质量，则( )
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相同且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
ABD
【例3】 据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星” 在西昌卫星发射中心升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
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
BC
宇宙航行
牛顿的设想
牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家
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，速度越大，落地点也就越远。抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为地球人造卫星。
牛顿人造卫星原理图
？
M
m
F万
思考1：至少以多大的速度将物体水平抛（发射）出去，它才会绕地球运动，不会落下来呢？
（2）需要忽略的次要因素是什么？
需要哪些近似处理？
（ 1 ）应构建一个怎样的物理模型？
——物体在环绕地球运动
——太阳的作用可以忽略
——物体的运动可视作匀速圆周运动
物体只受到指向地心的引力作用！
——因为是在地球表面附近，所以 r = R
——在地球表面附近运动
（3）运用怎样的物理规律求该地面附近物体的水平抛出速度呢？
——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（环绕速度）。
——这也是将物体从地面抛出，使得物体不落回地面的最小的发射速度。
——该物体做圆周运动的线（环绕）速度
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度
练一练：已知地球的半径R和地球表面处的重力加速度g。若不考虑地球自转的影响,根据以上数据计算出地球的第一宇宙速度。
分析：模型1：设物体在地球表面附近环绕地球运动
模型2：设物体在地面上
三个宇宙速度
1、在地面附近发射飞行器，如果发射速度等于7.9km/s，该飞行器只能围绕地球做圆周运动（如左图），我们把7.9km/s叫作第一宇宙速度。
2、在地面附近发射飞行器，如果发射速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，该飞行器绕地球的轨迹不是圆，而是椭圆。若发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球，我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度（地球的逃逸速度）。
3、达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱 太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（太阳的逃逸速度）。
结论：地面上发射速度越大，飞行器就能到更远的外太空。
垂直起飞
发射人造地球卫星
船箭分离之后，宇宙飞船（卫星）以一定的速度进入预定轨道。
发射速度
所有轨道圆心都与地心重合！
同步卫星轨道
人造卫星环绕轨道
地球同步卫星
思考2：人造卫星进入预定轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度叫作环绕速度。那么，环绕速度等于发射速度吗？
同步卫星m
M
已知：地球半径6400km，同步卫星离地高度为36000km。求：同步卫星的环绕速度？
T同步=24h
又称静止卫星
而从地面上发射一颗同步卫星的发射速度
7.9km/s;
11.2km/s;
>
<
但在地球表面附近运动的卫星（近地卫星）的环绕速度可近似等于其发射速度！
环绕速度等于发射速度
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度
思考3：人造卫星进入不同高度的轨道绕地球做匀速圆周运动的环绕（线）速度、角速度、向心加速度、周期有什么规律吗？
可见：卫星运动情况(a、v 、ω 、T )是由 r 唯 一决定
近地卫星轨道高度最低，其环绕速度最大
第一宇宙速度（环绕速度）是最小的发射速度，是最大的环绕速度
思考4：同步卫星的运动有啥特殊之处吗？
h=36000km
r=4.2×107m
v=3.1km/s
T=24h
h=3.8×105km
r≈3.8×108m
v=1km/s
T=27.3天
h≈0
r=6400km
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
思考5：近地卫星、同步卫星、月球三者比较
同步卫星离地高度为36000km
一颗同步卫星覆盖地球的宽度角为17.4度
宽度角覆盖的地球弧长为18100km
地球赤道周长40000km
那么至少需要三颗卫星才能覆盖全部地球表面
练一练：如图所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会完全失重，下列说法中正确的是 ( )
A．宇航员仍受万有引力的作用
B．宇航员受力平衡
C．宇航员受万有引力和向心力
D．宇航员不受任何作用力
A
处于完全失重状态！
小 结
为什么要研究黑洞？
因为它就在那里！
——霍金
【例1】 我国发射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1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s.则该探月卫星绕月运行的速率约为( )
A．0.4km/s B．1.8km/s
C．11km/s D．36km/s
B
实际求的是：月球的第一宇宙速度
【例2】 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b的质量相等且小于c的质量，则( )
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相同且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
ABD
【例3】 据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星” 在西昌卫星发射中心升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
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
BC