新人教版物理必修二-6.5-宇宙航行(49张PPT)
文档属性
| 名称 | 新人教版物理必修二-6.5-宇宙航行(49张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-03-24 20:23:45 | ||
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文档简介
(共49张PPT)
6.5 宇宙航行
梦想与现实：
嫦娥奔月：中国古代神话。我们的先人很早就有了飞天的梦想。
2007年10月24日，中国发射了第一颗探月卫星：嫦娥一号
2010年10月1日，中国发射了第二颗探月卫星：嫦娥二号
中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。
万户飞天
大约在14世纪末的我国明朝，一位名叫“万户”的人，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝，这自然是作为产生辅助升力的翅膀。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。
我国通过神州五号、六号、七号已实现了中国人飞天的梦想。
思考：怎样才能使一个物体成为卫星？
牛顿的猜想
牛顿的手稿
设想在高山上水平抛出一个物体，初速度越大，落点就越远；可以想象当初速度足够大时，这个物体将不会落到地面，成为和月球一样的地球卫星。
？
在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称 人造卫星。
由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力就是向心力。
一、人造卫星
那么，速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供
二、宇宙速度
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
问题一：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=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）
1、第一宇宙速度(环绕速度）
V1=7.9km/s
①第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发射速度和运行速度，是人造卫星的最小发射速度和最大运行速度.
②以第一宇宙速度绕地球运行的卫星的轨道是一个圆周。
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
2、第二宇宙速度（脱离速度）
当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
卫星挣脱地球束缚的最小发射速度
达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。
卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度
三个宇宙速度
区分概念
人造卫星的发射速度：指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，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
人造卫星的运行速度：指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
拓展一、地球同步卫星
1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h
2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
对同步卫星：r、 v、ω、T 、g 均为 定值
同步卫星
同步卫星的运行
1、为什么必须在赤道平面上？
因：（1）同步卫星与地球自转同步，必须自西向东转。
（2）万有引力全部提供做向心力,圆心就是地心.
所以：同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.
2、为什么高度一定？
万有引力提供做向心力
由:
得:
把T=86400s,M=5.98x1024kg,R=6.37x106m得h=3.58x107m
O
h=3.6×107m
r=4.2×107m
v=3km/s
T=24h
h=3.8×108m
r≈3.8×108m
v=1km/s
T=27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
3、近地卫星、同步卫星、月球三者比较
思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？
用三颗同步卫星就可以实现全球通信
嫦娥一号与嫦娥二号
嫦娥二号发射与制动调节、入轨示意图
拓展二、卫星的发射与变轨
“嫦娥二号”中途轨道修正再次取消
思考：制动点处速度大小、加速度大小的比较
试比较嫦娥二号在三次通过制动点时的速度v1、v2、v3的大小?a1、a2、a3的大小？
嫦娥一号与嫦娥二号的对比：
嫦娥二号比嫦娥一号的技术水平更高，不再绕地运动，直接进入地月转移轨道
课堂总结：
人造卫星的运动规律
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系
知识点辨析1
发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。
r↗ v↘
近地卫星
其它卫星
知识点辨析2
人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a = g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
天平
弹簧秤测重力
液体压强计
知识点辨析3
人造卫星的轨道
1、人造卫星围绕地球做圆周运动的向心力是地球的吸引力——万有引力
2、万有引力的方向是指向地心
3、所以：所有人造卫星做圆周运动有一个共同的圆心——地心。卫星不能围绕地轴上其他点做圆周运动。
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
同步轨道
自转轴
1.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，它的速率、周期与它的轨道半径的关系是( )
A.半径越大，速率越大，周期越大
B.半径越大，速率越小，周期越小
C.半径越大，速率越小，周期越大
D.半径越大，速率越大，周期越小
课堂练习
C
2.关于第一宇宙速度，下面说法正确的有（ ）
A． 它是人造卫星绕地球飞行的最小速度
B． 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度
C．它是人造卫星绕地球飞行的最大速度
D． 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度。
B C
我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？
3、求近地卫星的周期
课堂延伸知识
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基
于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础
还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭。
航天科学的三位先驱
戈达德
1926年他研制出世界上第一枚液体火箭
航天科学的三位先驱
冯·布劳恩
第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂。冯·布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V-2。V-2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。
人类遨游太空回顾
尤里·加加林
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号航天器，绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于变成现实。
人类遨游太空回顾
1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升空，作围绕地球48圈的飞行，成为人类第一位进入太空的女性，并为此荣获苏联英雄称号。
人类遨游太空回顾
尼尔·阿姆斯特朗
巴兹·奥尔德林
1969年7月20日，美国宇航员巴兹·奥尔德林（如图）和尼尔·阿姆斯特朗（头盔中影像）乘“阿波罗”11号飞船首次登上月球。
人类遨游太空回顾
布鲁斯·麦坎德利斯
1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员布鲁斯·麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺，完成了人类首次无安全索太空行走
人类遨游太空回顾
蒂托
2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。
人类遨游太空回顾
杨利伟
2003年10月15日，中国自行研制的“神舟”五号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空后，准确进入预定轨道，中国首位航天员杨利伟被顺利送上太空。
神舟六号发射升空
费俊龙聂海胜
神舟七号出舱
神七英雄
各种各样的卫星……
6.5 宇宙航行
梦想与现实：
嫦娥奔月：中国古代神话。我们的先人很早就有了飞天的梦想。
2007年10月24日，中国发射了第一颗探月卫星：嫦娥一号
2010年10月1日，中国发射了第二颗探月卫星：嫦娥二号
中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。
万户飞天
大约在14世纪末的我国明朝，一位名叫“万户”的人，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝，这自然是作为产生辅助升力的翅膀。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。
我国通过神州五号、六号、七号已实现了中国人飞天的梦想。
思考：怎样才能使一个物体成为卫星？
牛顿的猜想
牛顿的手稿
设想在高山上水平抛出一个物体，初速度越大，落点就越远；可以想象当初速度足够大时，这个物体将不会落到地面，成为和月球一样的地球卫星。
？
在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称 人造卫星。
由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力就是向心力。
一、人造卫星
那么，速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供
二、宇宙速度
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
问题一：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=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）
1、第一宇宙速度(环绕速度）
V1=7.9km/s
①第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发射速度和运行速度，是人造卫星的最小发射速度和最大运行速度.
②以第一宇宙速度绕地球运行的卫星的轨道是一个圆周。
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
2、第二宇宙速度（脱离速度）
当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
卫星挣脱地球束缚的最小发射速度
达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。
卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度
三个宇宙速度
区分概念
人造卫星的发射速度：指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，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
人造卫星的运行速度：指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
拓展一、地球同步卫星
1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h
2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
对同步卫星：r、 v、ω、T 、g 均为 定值
同步卫星
同步卫星的运行
1、为什么必须在赤道平面上？
因：（1）同步卫星与地球自转同步，必须自西向东转。
（2）万有引力全部提供做向心力,圆心就是地心.
所以：同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.
2、为什么高度一定？
万有引力提供做向心力
由:
得:
把T=86400s,M=5.98x1024kg,R=6.37x106m得h=3.58x107m
O
h=3.6×107m
r=4.2×107m
v=3km/s
T=24h
h=3.8×108m
r≈3.8×108m
v=1km/s
T=27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
3、近地卫星、同步卫星、月球三者比较
思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？
用三颗同步卫星就可以实现全球通信
嫦娥一号与嫦娥二号
嫦娥二号发射与制动调节、入轨示意图
拓展二、卫星的发射与变轨
“嫦娥二号”中途轨道修正再次取消
思考：制动点处速度大小、加速度大小的比较
试比较嫦娥二号在三次通过制动点时的速度v1、v2、v3的大小?a1、a2、a3的大小？
嫦娥一号与嫦娥二号的对比：
嫦娥二号比嫦娥一号的技术水平更高，不再绕地运动，直接进入地月转移轨道
课堂总结：
人造卫星的运动规律
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系
知识点辨析1
发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。
r↗ v↘
近地卫星
其它卫星
知识点辨析2
人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a = g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
天平
弹簧秤测重力
液体压强计
知识点辨析3
人造卫星的轨道
1、人造卫星围绕地球做圆周运动的向心力是地球的吸引力——万有引力
2、万有引力的方向是指向地心
3、所以：所有人造卫星做圆周运动有一个共同的圆心——地心。卫星不能围绕地轴上其他点做圆周运动。
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
同步轨道
自转轴
1.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，它的速率、周期与它的轨道半径的关系是( )
A.半径越大，速率越大，周期越大
B.半径越大，速率越小，周期越小
C.半径越大，速率越小，周期越大
D.半径越大，速率越大，周期越小
课堂练习
C
2.关于第一宇宙速度，下面说法正确的有（ ）
A． 它是人造卫星绕地球飞行的最小速度
B． 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度
C．它是人造卫星绕地球飞行的最大速度
D． 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度。
B C
我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？
3、求近地卫星的周期
课堂延伸知识
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基
于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础
还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭。
航天科学的三位先驱
戈达德
1926年他研制出世界上第一枚液体火箭
航天科学的三位先驱
冯·布劳恩
第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂。冯·布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V-2。V-2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。
人类遨游太空回顾
尤里·加加林
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号航天器，绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于变成现实。
人类遨游太空回顾
1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升空，作围绕地球48圈的飞行，成为人类第一位进入太空的女性，并为此荣获苏联英雄称号。
人类遨游太空回顾
尼尔·阿姆斯特朗
巴兹·奥尔德林
1969年7月20日，美国宇航员巴兹·奥尔德林（如图）和尼尔·阿姆斯特朗（头盔中影像）乘“阿波罗”11号飞船首次登上月球。
人类遨游太空回顾
布鲁斯·麦坎德利斯
1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员布鲁斯·麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺，完成了人类首次无安全索太空行走
人类遨游太空回顾
蒂托
2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。
人类遨游太空回顾
杨利伟
2003年10月15日，中国自行研制的“神舟”五号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空后，准确进入预定轨道，中国首位航天员杨利伟被顺利送上太空。
神舟六号发射升空
费俊龙聂海胜
神舟七号出舱
神七英雄
各种各样的卫星……