高一下期物理人教版（2019）必修第二册 7.4 宇宙航行(共19张PPT)
文档属性
| 名称 | 高一下期物理人教版（2019）必修第二册 7.4 宇宙航行(共19张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 15.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-31 11:57:11 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
7.4 宇宙航行
第七章 万有引力与宇宙航行
宇宙探索
0
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
思考：月球绕着地球转要受到地球对它的吸引力,但是为什么
月亮不会落到地面上来
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力,用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.
宇宙速度
1
问题1：按牛顿的设想，在忽略空气阻力的情况下，在地面上以越来越大的水平速度抛出物体，物体还做平抛运动？
问题2：物体如果不落地，它将怎样运动？
问题3：物体绕地球做圆周运动的向心力由什么力提供？是否需要考虑太阳的引力？
已知：地球半径R=6 400 km,地球质量m地=5.98×1024 kg,引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，太阳质量m太=2.0×1030 kg，太阳距地球的距离l=1.496×108 千米
分析：地球对地球表面物体的吸引力
太阳对地球表面物体的吸引力
＜＜ F1
由地球对物体的万有引力提供
匀速圆周运动
宇宙速度
1
问题4：物体绕地球做圆周运动时，物体还和地球一起自转吗？
万有引力、重力和向心力的关系是什么？
不参与地球的自转
万有引力就是物体的重力
万有引力（或重力）提供物体做圆周运动的向心力
问题5：请尝试推到物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
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
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：
问题5：请尝试推导物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
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
1
1.第一宇宙速度：（环绕速度）
（1）概念：物体发射速度为7.9km/s，称为第一宇宙速度，也称环绕速度。
（2）状态和特点：只能贴近地球做匀速圆周运动，既是绕地匀速圆周运动的最大环绕速度，也是克服引力做功最少的最小发射速度。成为人造卫星
注意：宇宙速度都是针对发射速度；以上三个宇宙速度都是地球上的宇宙速度， 不同中心天体三个宇宙速度也不相同。．
3.第二宇宙速度：（逃逸速度）
（1）概念：物体发射速度为16.7km/s，称为第三宇宙速度
（2）状态和特点：摆脱太阳引力，逃出太阳系。成为自由天体
2.第二宇宙速度：（脱离速度）
（1）概念：物体发射速度为11.2km/s，称为第二宇宙速度
（2）状态和特点：脱离地球引力，不再绕地球运行。
宇宙速度
1
16.7 km/s 称为第三宇宙速度
“旅行者1号”探测器1988 年飞出太阳系
宇宙速度
1
发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道。
v环绕
v发射
运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
宇宙速度
1
例1 关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是( )
A.它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度V
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度V
D.从人造卫星的环绕地球运转的速度可知，把卫星发射到越远的地方越容易
宇宙速度
1
√
√
人造地球卫星
2
如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？
人造地球卫星的运行轨道
A
B
C
D
人造地球卫星
2
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
地球同步卫星
人造地球卫星
2
★向高轨道发射卫星时, 需要的发射速度越大。发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
将卫星送入低轨道和高轨道所需的发射速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？
1
2
3
人造地球卫星
2
1. 卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引 = F向
2. 卫星的动力学方程 ( r – v – ω – T 的关系 )
r
R
人造地球卫星
2
3.同步卫星
(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期.
(2)特点
①定周期：所有同步卫星周期均为T＝24 h≈1440min. 23h56min=1436min
②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东.
人造地球卫星
2
例2 如图所示，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.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5 000～15 000 km，则下列说法正确的是
A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度
B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s
C.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间大于24小时
D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期
人造地球卫星
2
√
例3 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，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
a
c
b
地球
人造地球卫星
2
√
√
7.4 宇宙航行
第七章 万有引力与宇宙航行
宇宙探索
0
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
思考：月球绕着地球转要受到地球对它的吸引力,但是为什么
月亮不会落到地面上来
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力,用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.
宇宙速度
1
问题1：按牛顿的设想，在忽略空气阻力的情况下，在地面上以越来越大的水平速度抛出物体，物体还做平抛运动？
问题2：物体如果不落地，它将怎样运动？
问题3：物体绕地球做圆周运动的向心力由什么力提供？是否需要考虑太阳的引力？
已知：地球半径R=6 400 km,地球质量m地=5.98×1024 kg,引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，太阳质量m太=2.0×1030 kg，太阳距地球的距离l=1.496×108 千米
分析：地球对地球表面物体的吸引力
太阳对地球表面物体的吸引力
＜＜ F1
由地球对物体的万有引力提供
匀速圆周运动
宇宙速度
1
问题4：物体绕地球做圆周运动时，物体还和地球一起自转吗？
万有引力、重力和向心力的关系是什么？
不参与地球的自转
万有引力就是物体的重力
万有引力（或重力）提供物体做圆周运动的向心力
问题5：请尝试推到物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
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
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：
问题5：请尝试推导物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
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
1
1.第一宇宙速度：（环绕速度）
（1）概念：物体发射速度为7.9km/s，称为第一宇宙速度，也称环绕速度。
（2）状态和特点：只能贴近地球做匀速圆周运动，既是绕地匀速圆周运动的最大环绕速度，也是克服引力做功最少的最小发射速度。成为人造卫星
注意：宇宙速度都是针对发射速度；以上三个宇宙速度都是地球上的宇宙速度， 不同中心天体三个宇宙速度也不相同。．
3.第二宇宙速度：（逃逸速度）
（1）概念：物体发射速度为16.7km/s，称为第三宇宙速度
（2）状态和特点：摆脱太阳引力，逃出太阳系。成为自由天体
2.第二宇宙速度：（脱离速度）
（1）概念：物体发射速度为11.2km/s，称为第二宇宙速度
（2）状态和特点：脱离地球引力，不再绕地球运行。
宇宙速度
1
16.7 km/s 称为第三宇宙速度
“旅行者1号”探测器1988 年飞出太阳系
宇宙速度
1
发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道。
v环绕
v发射
运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
宇宙速度
1
例1 关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是( )
A.它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度V
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度V
D.从人造卫星的环绕地球运转的速度可知，把卫星发射到越远的地方越容易
宇宙速度
1
√
√
人造地球卫星
2
如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？
人造地球卫星的运行轨道
A
B
C
D
人造地球卫星
2
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
地球同步卫星
人造地球卫星
2
★向高轨道发射卫星时, 需要的发射速度越大。发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
将卫星送入低轨道和高轨道所需的发射速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？
1
2
3
人造地球卫星
2
1. 卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引 = F向
2. 卫星的动力学方程 ( r – v – ω – T 的关系 )
r
R
人造地球卫星
2
3.同步卫星
(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期.
(2)特点
①定周期：所有同步卫星周期均为T＝24 h≈1440min. 23h56min=1436min
②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东.
人造地球卫星
2
例2 如图所示，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.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5 000～15 000 km，则下列说法正确的是
A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度
B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s
C.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间大于24小时
D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期
人造地球卫星
2
√
例3 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，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
a
c
b
地球
人造地球卫星
2
√
√