人教版高中物理必修二第六章 6．5宇宙航行 （共28张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修二第六章 6．5宇宙航行 （共28张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 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 | 2020-05-30 18:17:51 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
6.5
宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。
一、人造卫星的发射原理
1、牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
一、人造卫星的发射原理
R
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)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（若已知地球表面
g=9.8m/s2
）
法二：在地面附近，重力提供
物体作圆周运动的向心力
人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。
近地卫星的速度
1．第一宇宙速度(7.9km/s)
第一宇宙速度也是将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具有的速度，叫发射速度．
轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．
第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大速度，也是发射人造地球卫星的最小速度．
近地卫星周期：近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。
概念辨析
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。
宇宙速度均指发射速度
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
——虽然“r大，V小”，但这里V
指绕行速度，而非发射速度。
——因为向轨道发射卫星，火箭
要克服地球引力对它做
功。
轨道越高，要克服引力做功也多，
发射速度越大。
二、宇宙速度（发射速度）
1、第一宇宙速度：
(环绕速度）
V1=7.9km/s
地球
11.2km/s>v>7.9km/s
2、第二宇宙速度：
(脱离速度)
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
→人造行星
→人造恒星
人造卫星
1.人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因
人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
2.人造卫星的运行规律
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v
、角速度ω
、周期T、向心加速度a与轨道半径
r
的关系
(a、V
、ω
、T
)
三·人造卫星的运行规律
卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：
(3)由
得：ω＝
(4)由
得：Ｔ＝
可见：卫星运动情况(a、V
、ω
、T
)是由
r
惟
一决定
(2)由
得：ｖ＝
记忆口诀：“高轨低速长周期”
1
2
3
4
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
人造地球卫星的运动规律
“高轨低速长周期”
3.人造卫星的轨道
极地轨道
一般轨道
赤道轨道
所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因？）
平面
立体
赤道平面
人造卫星的轨道
V
F引
F引＜F向
F引＞F向
4.卫星变轨原理
M
m
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
在A点万有引力相同
A
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。
4.卫星变轨原理
1、卫星在二轨道相切点
万有引力相同
速度—内小外大（切点看轨迹）
2、卫星在椭圆轨道运行
近地点---速度大，动能大
远地点---速度小，动能小
1
2
R
卫星在圆轨道运行速度V1
V2
θ＞900
减小
使卫星进入更高轨道做圆周运动
向高轨卫星的发射
卫星的回收
V=7.9km/s
11.2km/s>V>7.9km/s
人造卫星发射动画演示
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。
r
v
ω
T
a
“全部固定”
圆轨道在赤道平面，即在赤道的正上方；周期与地球自转周期相同，为24小时；绕行方向为自西向东。
大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢？
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定
①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；
②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24
h）
③定高度，即离地面高度一定（h=36000
km）
④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
3、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所以也叫通信卫星
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。
五、对接问题：宇宙飞船与空间站的对接
空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何到达空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。
思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？
不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。
飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。
通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。
空间站
飞船
对接方法：
6.5
宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。
一、人造卫星的发射原理
1、牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
一、人造卫星的发射原理
R
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)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（若已知地球表面
g=9.8m/s2
）
法二：在地面附近，重力提供
物体作圆周运动的向心力
人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。
近地卫星的速度
1．第一宇宙速度(7.9km/s)
第一宇宙速度也是将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具有的速度，叫发射速度．
轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．
第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大速度，也是发射人造地球卫星的最小速度．
近地卫星周期：近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。
概念辨析
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。
宇宙速度均指发射速度
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
——虽然“r大，V小”，但这里V
指绕行速度，而非发射速度。
——因为向轨道发射卫星，火箭
要克服地球引力对它做
功。
轨道越高，要克服引力做功也多，
发射速度越大。
二、宇宙速度（发射速度）
1、第一宇宙速度：
(环绕速度）
V1=7.9km/s
地球
11.2km/s>v>7.9km/s
2、第二宇宙速度：
(脱离速度)
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
→人造行星
→人造恒星
人造卫星
1.人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因
人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
2.人造卫星的运行规律
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v
、角速度ω
、周期T、向心加速度a与轨道半径
r
的关系
(a、V
、ω
、T
)
三·人造卫星的运行规律
卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：
(3)由
得：ω＝
(4)由
得：Ｔ＝
可见：卫星运动情况(a、V
、ω
、T
)是由
r
惟
一决定
(2)由
得：ｖ＝
记忆口诀：“高轨低速长周期”
1
2
3
4
v1>v2=v3>v4
T1
人造地球卫星的运动规律
“高轨低速长周期”
3.人造卫星的轨道
极地轨道
一般轨道
赤道轨道
所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因？）
平面
立体
赤道平面
人造卫星的轨道
V
F引
F引＜F向
F引＞F向
4.卫星变轨原理
M
m
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
在A点万有引力相同
A
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。
4.卫星变轨原理
1、卫星在二轨道相切点
万有引力相同
速度—内小外大（切点看轨迹）
2、卫星在椭圆轨道运行
近地点---速度大，动能大
远地点---速度小，动能小
1
2
R
卫星在圆轨道运行速度V1
V2
θ＞900
减小
使卫星进入更高轨道做圆周运动
向高轨卫星的发射
卫星的回收
V=7.9km/s
11.2km/s>V>7.9km/s
人造卫星发射动画演示
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。
r
v
ω
T
a
“全部固定”
圆轨道在赤道平面，即在赤道的正上方；周期与地球自转周期相同，为24小时；绕行方向为自西向东。
大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢？
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定
①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；
②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24
h）
③定高度，即离地面高度一定（h=36000
km）
④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
3、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所以也叫通信卫星
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。
五、对接问题：宇宙飞船与空间站的对接
空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何到达空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。
思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？
不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。
飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。
通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。
空间站
飞船
对接方法：