人教版（2019）高中物理必修第二册第七章第4节 宇宙航行课件15张PPT

第七章 第四节 宇宙航行
一、人造卫星的三种轨道
注意：卫星的轨道平面必须通过地心
极轨卫星
一般轨道卫星
通讯卫星
赤道卫星
二、宇宙速度：
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定义
大小
第一宇宙速度
（环绕速度）
是卫星在 附近（h?R）绕地球做 的速度。
第二宇宙速度
（脱离速度）
使物体挣脱 的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最 发射速度。
第三宇宙速度
（逃逸速度）
使物体挣脱 束缚的最 发射速度。
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
地面
匀速圆周运动
地球
小
太阳
小
[科学推理与论证]
第一宇宙速度的推导：
推导依据：①定义：轨道半径 r 。
②地面处 提供向心力
地球质量
地球半径
结论：第一宇宙速度只由中心天体的质量和半径决定，
与卫星无关。
地面处的重力加速度
地球半径
≈R
万有引力（或重力）
从得式 可以看出：
飞行器离地心越远，它运行的速度 。
靠近地面时，r近似等于多少？
将地球半径带入上式，此时飞行器运行速度是多少？
[思考与讨论]
越小
1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率是
下列的哪种情况：
A.一定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/s
C.一定大于7.9km/s D.介于7.9 ～ 11.2km/s
注意：该速率是运行速度的大小，不是卫星的发射速度
地球
v1
v2
卫星的轨道半径r越大，做圆周运动的速度 v 就越小。
[例题展示]
第一宇宙速度的物理意义
A.是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度
C.是在地面附近发射人造地球卫星的最小发射速度
B.是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度
总结：
地球
v
①v＜7.9km/s 不能成功发射卫星→卫星落地
②v =7.9km/s
刚好能成功发射近地圆轨道人造卫星
③7.9km/s＜v＜11.2km/s
绕地运行卫星，轨道椭圆
④11.2km/s≤v＜16.7km/s
卫星脱离地球引力束缚，成为其他行星的卫星，或…
⑤v≥16.7km/s
卫星脱离太阳引力束缚，成为其他星系的卫星，或…
①
②
③
通过对以上三种宇宙速度的学习，如右图，请写出图中①②③④⑤五种情况下卫星的发射速度范围与轨道特点
[变式训练]
④
⑤
v
F 不足时
做圆周运动的物体一旦提供的向心力消失或不足，物体将做远离圆心的运动，这种现象叫离心现象。
F 消失时
F =mv2/r
外界提供的向心力
F外
＜
离心运动
向心运动
＞
F外
圆周运动
＝
F外
物体需要的向心力
光滑平面上俯视图
[情境设问]
三、卫星变轨
地球
7.9km/s
P
7.9km/s＜vP ＜11.2km/s
v2
总结：卫星变轨
内轨变外轨，远地点点火加速；
外轨变内轨，点火减速。
所以，远地圆轨道卫星，是由椭圆轨道变轨而来的。
vQQ
卫星在Q点点火加速
三、卫星变轨
轨道1
轨道2
轨道3
P
Q
①卫星在轨道2上经过P点的加速度与卫星在
轨道3上经过P点的加速度大小关系？
②卫星在轨道1上经过Q点的速度与卫星在轨
道2上经过P点的速度大小关系？
由轨道1变到轨道2：在Q点喷火加速
由轨道2变到轨道3：在P点喷火加速
[思考与讨论]
M，r同，a同
v1Q＜ v2Q
卫星高度约 h =5.6R=3.6×107m
v =3.1km/s
卫星速度约
h
R
1.定义：
相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，同步卫星也叫通讯卫星。
①定周期，即运行周期等于地球自转周期（24 h）；
②定轨道平面,即运行平面在赤道平面内；
③定高度，即离地面高度一定（h=3600 km）；
④定速度,即运行速度一定；
万有引力提供卫星做圆周运动的向心力
2.特点：
四、通讯卫星（地球同步卫星）
2.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，周期T=24h同步卫星必位于靠道上方h，且h一定的，已知地球半径R=6400km，试计算同步卫星的高度和速率。
[例题展示]
四、载人航天与太空探索
课堂小结
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（环绕速度）:
第二宇宙速度（脱离速度）:
第三宇宙速度（逃逸速度）:
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
卫星变轨
内轨变外轨，远地点点火加速；
外轨变内轨，点火减速。
同步卫星
第一宇宙速度物理意义
是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度
是在地面附近发射人造地球卫星的最小发射速度
是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度
定义：相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，
同步卫星也叫通讯卫星。
特点：
①定周期；②定轨道平面； ③定高度；④定速度