3.4 宇宙速度与航天 课件(共15张PPT) -高一下学期物理粤教版2019必修第二册

(共15张PPT)
第四节　宇宙速度与航天
新课导入
从古代嫦娥奔月的传说，到如今我国“载人航天工程”“探月工程”的有序开展，人类依据万有引力定律等科学理论发展起来的航天技术，实现飞向太空的梦想，但是这种壮举是如何实现的呢？通过这节课的学习，我们来深入了解一下。
一、宇宙速度
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，用一幅图解释了行星能保持在某轨道运行的原因。牛顿设想抛出的速度足够大，被抛出的物体就不在掉下来。那么，抛出速度 多大时，物体将不在落会地面？
牛顿的抛体运动示意图
根据牛顿第二定律：
解得：
第一宇宙速度
若航天器环绕地球做匀速圆周运动。设地球质量为 M ，航天器质量为m 、速度为v 、到地心的距离为r 。
在地面附近发射航天器，如果速度等于 7.9 km/s，这一航天器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。
第一宇宙速度v1=7.9km/s
理论研究指出，在地面附近发射航天器，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。当航天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。
第二宇宙速度v2=11.2km/s
达到第二宇宙速度的航天器还无法脱离太阳对它的引 力。在地面附近发射航天器，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。
第三宇宙速度v3=16.7km/s
认识人造卫星
二、人造卫星
地球同步卫星：位于地球赤道上方，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，广泛应用于通信，又叫同步通信卫星。
地球同步卫星的特点：
人造地球卫星的轨道特点
(1)卫星运动遵循的规律：卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心在椭圆的一个焦点上，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。
(2)卫星轨道的圆心：卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。
(3)卫星的轨道：卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道卫星)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示。
2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射，随后北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
三、遨游太空
1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星
1961年4月12日，宇宙飞船“东方1号”载着苏联宇航员加加林环绕地球一圈
1969年7月20日，美国“阿波罗11号”将两名宇航员送上月球，人类第一次登月
1971年4月9日，苏联发射“礼炮1号”空间站