粤教版物理必修2同步教学课件：3.3 飞向太空

课件32张PPT。第三节　飞向太空目标导航预习导引目标导航预习导引二一三一、飞向太空的桥梁——火箭
1.人造卫星的发射
要成为地球的人造卫星,发射速度必须大于7.9 km/s,要成为太阳的人造行星,发射速度至少达到11.2 km/s.
发射人造卫星借助速度推进工具——火箭.
2.发射的条件
原理:利用燃料燃烧向后急速喷出的气体产生的反作用力,使火箭向前射出.
组成:主要有壳体和燃料两部分.
多级火箭:用几个火箭连接而成的火箭组合,一般为三级.目标导航二一预习导引三二、梦想成真——遨游太空
1957年10月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星.
2003年10月15日,我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把我国第一位航天员杨利伟送入太空,成为继苏联、美国后,第三个依靠自己的力量将航天员送上太空的国家.目标导航一预习导引二三三、探索宇宙奥秘的先锋——空间探测器
1962年美国发射了“水手2号”探测器,第一次对金星进行了近距离的考察.1989年美国宇航局发射的“伽利略号”探测器飞行6年到达木星.2003年美国“勇气号”与“机遇号”探测器分别发射成功,“勇气号”于2004年登陆火星.2007年中国的“嫦娥一号”月球探测器发射成功.2010年中国的“嫦娥二号”月球探测器发射成功.一二三迁移应用典题例解知识精要四一、火箭
1.火箭的发明
火箭最早是由我国发明的,早在12世纪的南宋时期,火箭已被用于战争.它是利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生反作用力,使火箭向前射出.
2.近代火箭的研究
(1)近代火箭的研究从19世纪开始.
(2)俄国科学家齐奥尔科夫斯基作出了重要贡献:研究了火箭运动的原理和液体火箭推进及喷射的理论,提出了用液体火箭对未来太空飞行的设想及多级火箭和惯性导航的概念.一二三迁移应用典题例解知识精要四3.多级火箭
多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合,一般用三级.火箭起飞时,第一级火箭的发动机“点火”,推动各级火箭一起前进,当这一级的燃料燃尽后,第二级火箭开始工作,自动脱掉第一级火箭的外壳;第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速,以此类推,最终达到所需要的速度.
在现代技术条件下,一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度,发射卫星要用多级火箭.由于各级火箭的连接部位需大量附属设备,这些附属设备具有一定的质量,并且级数越多,连接部位的附属设备质量越大,并且所需的技术要求也越精密,因此,火箭的级数并不是越多越好,一般用三级火箭.一二三迁移应用典题例解知识精要四一二三迁移应用典题例解知识精要四【例1】 我国成功发射“神舟”九号飞船,飞船随火箭一起离开发射塔飞向太空,并与此前发射的“天宫一号”空间站实现交会对接,下列说法中错误的是(　　)
A.飞船在升空过程中受到平衡力的作用
B.火箭升空利用了力的作用是相互的
C.飞船和火箭分离后可以靠惯性继续飞行
D.交会对接时飞船和空间站保持相对静止
解析:在升空过程中,开始时飞船会受到火箭的推力作用,做加速运动,故A错误.
答案:A一二三迁移应用典题例解知识精要四2014年10月24日,“嫦娥五号”在西昌卫星发射中心发射升空,并在8天后以“跳跃式再入”方式成功返回地面.“跳跃式再入”指航天器在关闭发动机后进入大气层,依靠大气升力再次冲出大气层,降低速度后再进入大气层,如图所示.已知地球半径为R,地心到d点距离为r,地球表面重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
A.“嫦娥五号”在b点处于完全失重状态
B.“嫦娥五号”在d点的加速度小于
C.“嫦娥五号”在a点速率大于在c点的速率
D.“嫦娥五号”在c点速率大于在e点的速率
答案:C一二三迁移应用典题例解知识精要四解析:“嫦娥五号”在b点处于失重状态,由于受到阻力作用,
不是完全失重状态,选项A错误;在d点,
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“嫦娥五号”从a点到c点,由于阻力作用,则a点速率大于c点速率,选项C正确;从c点到e点,没有空气阻力,则c点速率和e点速率相等,选项D错误.迁移应用典题例解一二三知识精要四二、人造卫星的轨道
如图所示.卫星的轨道可做如下分类:
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(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内.同步卫星就是其中的一种.
(2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内.如卫星定位系统中的导航卫星轨道.
(3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道.其轨道平面与赤道成一定角度.一二三迁移应用典题例解知识精要四【例2】 (多选)可以发射一颗这样的人造卫星,使其圆轨道(　　)
A.与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面的同心圆
B.与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面的同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆,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的同心圆,但卫星相对地球是运动的一二三迁移应用典题例解知识精要四解析:人造卫星飞行时,由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力,而这个力的方向必定指向圆心,即指向地心,故所有无动力的卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的地心重合,不能是地轴上(除地心外)的某一点,故A是不对的.
由于地球同时绕着地轴在自转,所以卫星的轨道平面也不可能和经度线所决定的平面共面,所以B也是不对的.
相对地球表面静止的就是同步卫星,它必须在赤道线平面内,且距地面有确定的高度,这个高度约为三万六千千米,而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的,不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同,就会相对于地面运动.
答案:CD一二三迁移应用典题例解知识精要四一二三迁移应用典题例解知识精要四(多选)我国曾采用一箭双星方式,成功地将第十四颗和第十五颗北斗导航卫星发射升空,随后将它们送入预定转移轨道,最后进入地球同步轨道.下列说法正确的是(　　)
A.它们自开始发射至进入预定转移轨道的过程中一直处于失重状态
B.进入地球同步轨道后,它们运行的角速度都等于地球自转的角速度
C.进入地球同步轨道后,若增大后面卫星的线速度,它们将在此轨道上相碰
D.进入地球同步轨道后,它们绕地球做圆周运动的向心加速度的大小相等
答案:BD一二三迁移应用典题例解知识精要四解析:它们自开始发射至进入预定转移轨道的过程中,起初处于超重状态,最终处于失重状态,选项A错误;进入地球同步轨道后,它们运行的角速度都等于地球自转的角速度,选项B正确;进入地球同步轨道后,若增大后面卫星的线速度,后面卫星将做离心运动,它们不可能在此轨道上相碰,选项C错误;进入地球同步轨道后,它们绕地球做圆周运动的向心加速度的大小相等,选项D正确.知识精要迁移应用典题例解一二三四三、卫星的稳定运行与变轨运行分析
1.圆轨道上的稳定运行
一切卫星的轨道的圆心都与地心重合,知识精要迁移应用典题例解一二三四知识精要迁移应用典题例解一二三四3.人造卫星的发射速度与绕行速度
(1)发射速度:将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度.
(2)绕行速度:卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动时所具有的速度,对于人造地球卫星,由 ,该速度指的是人造地球卫星在轨道上运行时的速度,其大小随轨道半径的增大而减小,所以卫星的运行速度v行≤7.9 km/s.
但由于人造地球卫星发射过程中要克服地球引力做功,增大势能,所以将卫星发射到离地球越远的轨道上,在地面所需要的发射速度越大,卫星的最小发射速度为7.9 km/s.知识精要迁移应用典题例解一二三四4.探索宇宙奥秘的先锋——空间探测器
深空探测既是人类认识宇宙的需要,又是人类为了开发宇宙资源,扩大自身生存环境的需要.因此,世界上的科技大国都投入巨资进行研究,使得深空探测水平和载人航天技术成为衡量一个国家发展水平的标志.知识精要迁移应用典题例解一二三四【例3】 (多选)我国发射的“嫦娥二号”探月卫星的路线示意图如图所示,卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道,然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,经过几次制动后进入工作轨道,卫星开始对月球进行探测.已知地球与月球的质量之比为a∶1,卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b∶1,卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动,则卫星(　　)
A.在停泊轨道和工作轨道运行的速度之比为
B.在停泊轨道和工作轨道运行的周期之比为
C.在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度
D.从停泊轨道进入地月转移轨道时,卫星必须加速知识精要迁移应用典题例解一二三四解析: 答案:AD 知识精要迁移应用典题例解一二三四知识精要迁移应用典题例解一二三四(2016河北保定模拟)“嫦娥三号”探测器发射到月球上要经过多次变轨,最终降落到月球表面上,其中轨道Ⅱ为圆形.下列说法正确的是(　　)
A.探测器在轨道Ⅱ上运动时不需要火箭提供动力
B.探测器在轨道Ⅲ经过P点时的加速度小于在轨道Ⅱ经过P点时的加速度
C.探测器在P点由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ必须加速
D.轨道Ⅱ是月球卫星绕月球做匀速圆周运动的唯一轨道
答案:A知识精要迁移应用典题例解一二三四解析:探测器在轨道Ⅲ经过P点时与在轨道Ⅱ经过P点时与月球的距离相同,所受到的万有引力相同,所以加速度也相同,选项B错误;探测器在P点由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ必须减速,选项C错误;月球卫星绕月球做匀速圆周运动根据速度的不同,可以有许多轨道,选项D错误;探测器在轨道Ⅱ上运动时没有阻力,不需要火箭提供动力,选项A正确.知识精要迁移应用典题例解一二三四四、卫星与赤道上随地球自转的物体的区别
1.近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体三种匀速圆周运动的异同
(1)轨道半径:近地卫星与赤道上物体的轨道半径近似相同,同步卫星的轨道半径较大.r同>r近=r物.知识精要迁移应用典题例解一二三四(4)动力学规律:近地卫星和同步卫星都只受万有引力作用,由万有引力提供向心力,满足万有引力提供向心力所决定的天体运行规律.赤道上的物体由万有引力和地面支持力的合力提供向心力(或说成万有引力的分力提供向心力),它的运动规律不同于卫星的运动规律.知识精要迁移应用典题例解一二三四2.卫星的向心加速度与物体随地球自转的向心加速度的区别一二三四知识精要迁移应用典题例解【例4】 (多选)同步卫星离地心距离为r,运行速率为v1,加速度为a1,近地卫星的向心加速度为a2,地球的第一宇宙速度为v2,半径为R,则下列比例关系中正确的是(　　)?一二三四知识精要迁移应用典题例解一二三四知识精要迁移应用典题例解(多选)“天宫一号”目标飞行器在距地面约350 km的圆轨道上运行,则飞行器(　　)
A.速度大于7.9 km/s
B.加速度小于9.8 m/s2
C.运行周期为24 h
D.角速度大于地球自转的角速度
答案:BD
解析:只有卫星贴近地面飞行时其速度才等于第一宇宙速度,加速度等于9.8 m/s2,在任意高度的轨道上其绕行速度都小于7.9 km/s,加速度都小于9.8 m/s2,选项A错误,B正确;地球同步卫星的周期为24 h,天宫一号的轨道半径远小于同步卫星的轨道半径,其运行周期小于24 h,角速度大于地球自转的角速度,选项C错误,D正确.