人教版高中必修2物理§6.5-宇宙航行(47张ppt)
文档属性
| 名称 | 人教版高中必修2物理§6.5-宇宙航行(47张ppt) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.5MB | ||
| 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 | 2020-05-13 11:46:53 | ||
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文档简介
(共47张PPT)
§6.5 宇宙航行
1.了解人造卫星的有关知识。
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3.知道发射速度与环绕速度的区别。
嫦娥奔月
敦煌的飞天壁画
14世纪万户飞天
世界上第一个想利用火箭飞行的人
思考：地面上的物体，怎样才能离开地球？
牛顿的手稿
想一想:
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
一、人造卫星的发射原理
方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得
方法二：卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得
由此可见：V=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度
在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？
1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）
2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于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。这个速度叫第三宇宙速度。
二、宇宙速度
16.7km/s称为第三宇宙速度。
“旅行者1号”探测器
1988年飞出太阳系
思考:怎样使卫星飞得更远？
第二宇宙速度（逃逸速度） :物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. （地面附近发射）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
第三宇宙速度（脱离速度） :物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (地面附近发射) （卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
11.2 km/s >V > 7.9 km/s
V = 16.7 km/s
V = 11.2 km/s
V = 7.9km/s
卫星运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆。。
第一宇宙速度（环绕速度） :物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （地球卫星的最小发射速度）
运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。
发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。
注意：
（1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。 （2）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。
例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有
整理得
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
练习1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 km/s。
解:
整理得
2
例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是
（ ）
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
BC
三、人造卫星的运动规律
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)
V
Tω
r
R
r
M
m
高轨低速长周期
地球
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越_____________
（2）离地面越高，线速度越_____________
（3）离地面越高，周期越_______________
（4）离地面越高，角速度越_____________
（5）离地面越高，向心加速度越_________
小
大
小
小
小
例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A.半径越大，速率越大，周期越小
B.半径越大，速率越小，周期越大
C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关
D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
B
四、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
思考：卫星轨道的圆心在哪儿？
分析：所有卫星的圆心都在地心上。
思考：现在有几种卫星？
按用途分类:通信卫星;气象卫星
按轨道分类:基地卫星;赤道卫星;其他卫星
各种各样的卫星……
按轨道特点常用分类：
㈠ 近地卫星
轨道半径即地球半径
㈡ 极地卫星
轨道面与赤道面垂直
㈢ 地球同步卫星 (通讯卫星)
T = _______
24h
①轨道平面___________
赤道平面
②周期T一定：相对于赤道上某点静止
③ h =_________
36000km
④ R、v、ω、T、an _______________
“全部固定”
（如何求？）
同步卫星的轨道必须在赤道上空
同步卫星的个数
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同
步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也
是一种资源。
例4.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是
（ ）
卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的
D
五、地球同步卫星（通信卫星）
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。
3.地球同步卫星的特点：“五个一定”
（1）周期一定：T=24h
（2）高度一定: 在赤道上空
（3）速率、角速度一定
（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星
同步卫星
月球
三者比较
练习2.求同步卫星离地面高度
例5.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）
A.它的运行速度小于7.9km/s
B.它的运行速度大于7.9km/s
C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合
D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
ACD
练习3.求近地卫星的周期
我们能发射一颗周期为80min的卫星吗？
总结：
凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
1.两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周运动。
2.两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的向心力大小相等。
3.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星角速度相同，周期相同。
双星运动的特点：
六、“双星”问题：
“双星” 由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成。对于其中一颗来说，另一颗就是其“伴星”。
美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射升空，2008年5月25日在火星着陆。
“卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。
“先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系。
1.两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( )
A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.线速度之比v1∶v2=3∶1
C.向心力之比F1∶F2=1∶9 D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
D
2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动
的3颗卫星，下列说法正确的是（ ）
A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上
的c
D.a卫星由于某原因，轨道半径
缓慢减小，其线速度将增大
D
3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是
（ ）
A.若V与R成正比，则环为连续物
B.若V2与R成正比，则环为小卫星群
C.若V与R成反比，则环为连续物
D.若V2与R成反比，则环为小卫星群
AD
月球轨道
地球
地月转移轨道
点火加速
减速制动
月球探测卫星发射
[例1] 我国发射的探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？
一、人造卫星的原理
二、宇宙速度
1.第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
2.第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
三、人造卫星的运动规律
四、人造卫星的超重和失重
五、同步卫星
1.周期T=24h
2.卫星轨道平面与地球赤道平面重合
六、“双星”问题
§6.5 宇宙航行
1.了解人造卫星的有关知识。
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3.知道发射速度与环绕速度的区别。
嫦娥奔月
敦煌的飞天壁画
14世纪万户飞天
世界上第一个想利用火箭飞行的人
思考：地面上的物体，怎样才能离开地球？
牛顿的手稿
想一想:
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
一、人造卫星的发射原理
方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得
方法二：卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得
由此可见：V=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度
在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？
1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）
2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于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。这个速度叫第三宇宙速度。
二、宇宙速度
16.7km/s称为第三宇宙速度。
“旅行者1号”探测器
1988年飞出太阳系
思考:怎样使卫星飞得更远？
第二宇宙速度（逃逸速度） :物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. （地面附近发射）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
第三宇宙速度（脱离速度） :物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (地面附近发射) （卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
11.2 km/s >V > 7.9 km/s
V = 16.7 km/s
V = 11.2 km/s
V = 7.9km/s
卫星运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆。。
第一宇宙速度（环绕速度） :物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （地球卫星的最小发射速度）
运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。
发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。
注意：
（1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。 （2）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。
例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有
整理得
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
练习1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 km/s。
解:
整理得
2
例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是
（ ）
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
BC
三、人造卫星的运动规律
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)
V
Tω
r
R
r
M
m
高轨低速长周期
地球
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越_____________
（2）离地面越高，线速度越_____________
（3）离地面越高，周期越_______________
（4）离地面越高，角速度越_____________
（5）离地面越高，向心加速度越_________
小
大
小
小
小
例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A.半径越大，速率越大，周期越小
B.半径越大，速率越小，周期越大
C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关
D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
B
四、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
思考：卫星轨道的圆心在哪儿？
分析：所有卫星的圆心都在地心上。
思考：现在有几种卫星？
按用途分类:通信卫星;气象卫星
按轨道分类:基地卫星;赤道卫星;其他卫星
各种各样的卫星……
按轨道特点常用分类：
㈠ 近地卫星
轨道半径即地球半径
㈡ 极地卫星
轨道面与赤道面垂直
㈢ 地球同步卫星 (通讯卫星)
T = _______
24h
①轨道平面___________
赤道平面
②周期T一定：相对于赤道上某点静止
③ h =_________
36000km
④ R、v、ω、T、an _______________
“全部固定”
（如何求？）
同步卫星的轨道必须在赤道上空
同步卫星的个数
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同
步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也
是一种资源。
例4.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是
（ ）
卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的
D
五、地球同步卫星（通信卫星）
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。
3.地球同步卫星的特点：“五个一定”
（1）周期一定：T=24h
（2）高度一定: 在赤道上空
（3）速率、角速度一定
（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星
同步卫星
月球
三者比较
练习2.求同步卫星离地面高度
例5.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）
A.它的运行速度小于7.9km/s
B.它的运行速度大于7.9km/s
C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合
D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
ACD
练习3.求近地卫星的周期
我们能发射一颗周期为80min的卫星吗？
总结：
凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
1.两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周运动。
2.两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的向心力大小相等。
3.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星角速度相同，周期相同。
双星运动的特点：
六、“双星”问题：
“双星” 由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成。对于其中一颗来说，另一颗就是其“伴星”。
美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射升空，2008年5月25日在火星着陆。
“卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。
“先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系。
1.两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( )
A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.线速度之比v1∶v2=3∶1
C.向心力之比F1∶F2=1∶9 D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
D
2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动
的3颗卫星，下列说法正确的是（ ）
A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上
的c
D.a卫星由于某原因，轨道半径
缓慢减小，其线速度将增大
D
3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是
（ ）
A.若V与R成正比，则环为连续物
B.若V2与R成正比，则环为小卫星群
C.若V与R成反比，则环为连续物
D.若V2与R成反比，则环为小卫星群
AD
月球轨道
地球
地月转移轨道
点火加速
减速制动
月球探测卫星发射
[例1] 我国发射的探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？
一、人造卫星的原理
二、宇宙速度
1.第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
2.第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
三、人造卫星的运动规律
四、人造卫星的超重和失重
五、同步卫星
1.周期T=24h
2.卫星轨道平面与地球赤道平面重合
六、“双星”问题