物理人教版（2019）必修第二册7.4宇宙航行（共33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33张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-09 16:46:47 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
中物理
第4节 宇宙航行
课堂引入
从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到天问一号的火星之旅，人类一直在为“飞天”梦想努力着。
实际上，早在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：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，成为人造地球卫星。
课堂引入
一、宇宙速度
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质量M=5.98×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
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）。
r = R
r
R
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有：
一、宇宙速度
一、宇宙速度
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。
1.是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
第一宇宙速度v1 = 7.9 km/s
一、宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
第二宇宙速度v2 = 11.2 km/s
一、宇宙速度
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 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。
第三宇宙速度v3=16.7km/s
一、宇宙速度
三个宇宙速度
【典例1】嫦娥四号发射后进入离近月点约100公里的环月轨道．关于“嫦娥四号”月球探测器的发射速度，下列说法正确的是（ ）
A．小于第一宇宙速度
B．介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间
D．大于第三宇宙速度
典例分析
【正确答案】B
【典例2】(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=7.9km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/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．中国发射的“天问一号”火星探测器，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7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
典例分析
【正确答案】CD
【典例3】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，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（ ）
A．0.4 km/s B．1.8 km/sC．11 km/s D．36 km/s
典例分析
【正确答案】B
【典例4】某同学为探月宇航员设计了如下实验：在月球表面以初速度v0水平抛出一个物体，测出该物体的竖直位移为h，水平位移为x．通过查阅资料知道月球的半径为R，引力常量为G．根据上述信息可求出的物理量是（ ）
A．月球的第一宇宙速度 B．物体与月球之间的引力
C．月球表面的重力加速度 D．月球和物体的质量
典例分析
【正确答案】AC
嫦娥5号
天问一号
二、人造卫星
1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。
二、人造卫星
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
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）
人造地球卫星的轨道
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：
1.赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
3.任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
2.极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
人造地球卫星的运行参量
1、近地卫星：
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
人造地球卫星的分类
2、同步卫星：指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h
（1）所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。
人造地球卫星的分类
（2）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
人造地球卫星的分类
⑥向心加速度的大小一定:
（3）同步卫星的用途：
主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。
人造地球卫星的分类
h=3.6××107m
r=4.2××107m
v=3.08km/s
T=24h
h=3.8××108m
r≈3.8××108m
v=1km/s
T=27.3天
h≈0
r=6.4××106m
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
人造卫星与月球参数
近地卫星、同步卫星与赤道上物体的比较
近地卫星、同步卫星与赤道上物体的比较
【典例5】如图所示的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是（ ）
典例分析
A
B
C
D
【正确答案】B
【典例6】我国中星11号商业通信卫星是一颗地球同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是（ ）
A．运行速度大于7.9 km/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小
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
典例分析
【正确答案】B
【典例7】据2021年2月10日的央视新闻报道，中国科学院国家授时中心表示：地球自转加快，一天已不足24小时！如果地球质量M、半径R不变，仅自转加快，地球同步卫星若要继续保持与地球同步，则其（ ）
A．轨道半径必须减小 B．角速度必须减小
C．运行速率必须减小 D．向心加速度一定减小
典例分析
【正确答案】A
【典例8】(多选)地球同步卫星离地心的距离为r，运行速度为v1 ，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则（ ）
典例分析
【正确答案】AC
A
B
C
D
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
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（环绕速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脱离速度）:
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
同步卫星
第一宇
宙速度
最小发射速度
最大运行速度
定义：相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，同步卫星也叫通讯卫星。
特点：六个一定
载人航天与太空探索
课堂小结
中物理
第4节 宇宙航行
课堂引入
从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到天问一号的火星之旅，人类一直在为“飞天”梦想努力着。
实际上，早在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：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，成为人造地球卫星。
课堂引入
一、宇宙速度
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质量M=5.98×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
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）。
r = R
r
R
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有：
一、宇宙速度
一、宇宙速度
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。
1.是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
第一宇宙速度v1 = 7.9 km/s
一、宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
第二宇宙速度v2 = 11.2 km/s
一、宇宙速度
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 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。
第三宇宙速度v3=16.7km/s
一、宇宙速度
三个宇宙速度
【典例1】嫦娥四号发射后进入离近月点约100公里的环月轨道．关于“嫦娥四号”月球探测器的发射速度，下列说法正确的是（ ）
A．小于第一宇宙速度
B．介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间
D．大于第三宇宙速度
典例分析
【正确答案】B
【典例2】(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=7.9km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/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．中国发射的“天问一号”火星探测器，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7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
典例分析
【正确答案】CD
【典例3】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，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（ ）
A．0.4 km/s B．1.8 km/sC．11 km/s D．36 km/s
典例分析
【正确答案】B
【典例4】某同学为探月宇航员设计了如下实验：在月球表面以初速度v0水平抛出一个物体，测出该物体的竖直位移为h，水平位移为x．通过查阅资料知道月球的半径为R，引力常量为G．根据上述信息可求出的物理量是（ ）
A．月球的第一宇宙速度 B．物体与月球之间的引力
C．月球表面的重力加速度 D．月球和物体的质量
典例分析
【正确答案】AC
嫦娥5号
天问一号
二、人造卫星
1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。
二、人造卫星
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
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）
人造地球卫星的轨道
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：
1.赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
3.任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
2.极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
人造地球卫星的运行参量
1、近地卫星：
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
人造地球卫星的分类
2、同步卫星：指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h
（1）所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。
人造地球卫星的分类
（2）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
人造地球卫星的分类
⑥向心加速度的大小一定:
（3）同步卫星的用途：
主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。
人造地球卫星的分类
h=3.6××107m
r=4.2××107m
v=3.08km/s
T=24h
h=3.8××108m
r≈3.8××108m
v=1km/s
T=27.3天
h≈0
r=6.4××106m
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
人造卫星与月球参数
近地卫星、同步卫星与赤道上物体的比较
近地卫星、同步卫星与赤道上物体的比较
【典例5】如图所示的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是（ ）
典例分析
A
B
C
D
【正确答案】B
【典例6】我国中星11号商业通信卫星是一颗地球同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是（ ）
A．运行速度大于7.9 km/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小
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
典例分析
【正确答案】B
【典例7】据2021年2月10日的央视新闻报道，中国科学院国家授时中心表示：地球自转加快，一天已不足24小时！如果地球质量M、半径R不变，仅自转加快，地球同步卫星若要继续保持与地球同步，则其（ ）
A．轨道半径必须减小 B．角速度必须减小
C．运行速率必须减小 D．向心加速度一定减小
典例分析
【正确答案】A
【典例8】(多选)地球同步卫星离地心的距离为r，运行速度为v1 ，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则（ ）
典例分析
【正确答案】AC
A
B
C
D
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
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（环绕速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脱离速度）:
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
同步卫星
第一宇
宙速度
最小发射速度
最大运行速度
定义：相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，同步卫星也叫通讯卫星。
特点：六个一定
载人航天与太空探索
课堂小结