2020-2021学年高一物理人教版(2019)必修二 7.4 宇宙航行课件22张PPT
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高一物理人教版(2019)必修二 7.4 宇宙航行课件22张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-02-06 22:53:11 | ||
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文档简介
§7.4
宇宙航行
A
B
C
v
如图所示，在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？
牛顿大炮
宇宙速度
r
R
因为，R远大于h。r=R+h约等于R
物体做圆周运动的轨道半径为r、地球半径为R、物体距地面高度h。r=R+h
h
近地卫星距地面高度在100km--200km左右，远小于地球半径。
代入得：
第一宇宙速度
思考题1
若不计地球自转影响，如果已知地球半径R和地球表面的重力加速度g，你能否求出第一宇宙速度v1。
【分析】物体在地球表面附近，它的重力等于地球对它的万有引力。
得：
代入
如果物体在地球附近，运动的速度大于第一宇宙速度，物体还能做匀速圆周运动吗？
离心运动
思考题2
其实，物体在远离地球的过程中，一直受到万有引力的作用。
A
v1
F1
F2
F
B
B到A：速度增大
v2
F3
F4
F／
A到B: 速度减小
轨迹是椭圆
A
理论研究表明，在地面附近的A点，以速度v发射飞行器。
v
1
若：v=7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心匀速圆周运动。
2
若：11.2km/s>v>7.9km/s，飞行器沿轨道2(椭圆轨道)运动。
3
速度v越大，轨道的远地点离地球越远。
若：速度v=11.2km/s呢？
v
A
3
当速度v=11.2km/s，飞行器将沿轨道4（白色虚线）运动，只是这个椭圆轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力束缚，永远离开地球。
第二宇宙速度
2
1
当速度v=16.7km/s，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。
4
第三宇宙速度
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}发射速度v
运动情况
v<7.9km/s
物体落回地面
v=7.9km/s
绕地球，匀速圆周
7.9km/s绕地球，椭圆运动
11.2km/s≤v<16.7km/s
物体绕太阳运动
16.7km/s≤v
物体飞出太阳系
三个宇宙速度
旅行者一号（飞出太阳系）
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
（1857-1935前苏联）
“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”
多级火箭理论
1
正如牛顿的设想，需要一座高山，只是这座“高山”我们用火箭来制造。
P
A
用火箭把卫星送到“山顶”A点。
v1
将卫星以v1速度水平射出。这个射出过程叫轨道发射。之后卫星进入轨道1。
如果要把卫星发射到近地轨道上，发射速度v1应为第一宇宙速度。
人造卫星
人造地球卫星的运行轨道
地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：
① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度；
② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直；
③ 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
1．定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内．
同步卫星6“定”
2．定周期：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h.
3．定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.
4．定速率：运行速率为3.1×103 m/s.
5．定向心加速度：向心加速度为0.23m/s2.
6．定方向：自西向东.
卫星变轨
变轨点1：
点火加速
转移轨道
变轨点2：
点火加速
同步轨道
开普勒第二定律，减速
问题：比较圆轨道1的环绕速度与圆轨道2的环绕速度大小？
嫦娥一号发射轨道示意图
一、人造卫星的运动规律
例1 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则( )
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相等且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于
a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的
线速度
ABD
二、对同步卫星规律的理解及应用
例2 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它位于东经98.2度赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9 km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球
运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的
向心加速度大小相等
近地卫星的速度
T一定，r一定
二、对同步卫星规律的理解及应用
例2 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它位于东经98.2度赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9 km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球
运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的
向心加速度大小相等
近地卫星的速度
BC
例3 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中．已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小．
解析 据匀变速的规律，该星球表面的重力加速度
由牛顿第二定律:
三、宇宙速度的理解
近地卫星的速度
星球对卫星的引力(重力)提供向心力
星球的第一宇宙速度:
思路分析
课堂要点小结
宇宙航行
人造卫星：
同步卫星：
三
种
宇
宙
速
度
第一
宇宙
速度
第二宇宙速度
第三宇宙速度
最小发射速度（最大环绕速度）
v1＝7.9 km/s
v2＝11.2 km/s
v3＝16.7 km/s
向心加速度、线速度、角速度、周期随轨道半径的变化规律
六个一定(线速度、角速度、加速度、周期、离地高度、轨道平面一定)
求法：地面附近，万有引力提供向心力
宇宙航行
A
B
C
v
如图所示，在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？
牛顿大炮
宇宙速度
r
R
因为，R远大于h。r=R+h约等于R
物体做圆周运动的轨道半径为r、地球半径为R、物体距地面高度h。r=R+h
h
近地卫星距地面高度在100km--200km左右，远小于地球半径。
代入得：
第一宇宙速度
思考题1
若不计地球自转影响，如果已知地球半径R和地球表面的重力加速度g，你能否求出第一宇宙速度v1。
【分析】物体在地球表面附近，它的重力等于地球对它的万有引力。
得：
代入
如果物体在地球附近，运动的速度大于第一宇宙速度，物体还能做匀速圆周运动吗？
离心运动
思考题2
其实，物体在远离地球的过程中，一直受到万有引力的作用。
A
v1
F1
F2
F
B
B到A：速度增大
v2
F3
F4
F／
A到B: 速度减小
轨迹是椭圆
A
理论研究表明，在地面附近的A点，以速度v发射飞行器。
v
1
若：v=7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心匀速圆周运动。
2
若：11.2km/s>v>7.9km/s，飞行器沿轨道2(椭圆轨道)运动。
3
速度v越大，轨道的远地点离地球越远。
若：速度v=11.2km/s呢？
v
A
3
当速度v=11.2km/s，飞行器将沿轨道4（白色虚线）运动，只是这个椭圆轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力束缚，永远离开地球。
第二宇宙速度
2
1
当速度v=16.7km/s，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。
4
第三宇宙速度
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}发射速度v
运动情况
v<7.9km/s
物体落回地面
v=7.9km/s
绕地球，匀速圆周
7.9km/s
11.2km/s≤v<16.7km/s
物体绕太阳运动
16.7km/s≤v
物体飞出太阳系
三个宇宙速度
旅行者一号（飞出太阳系）
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
（1857-1935前苏联）
“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”
多级火箭理论
1
正如牛顿的设想，需要一座高山，只是这座“高山”我们用火箭来制造。
P
A
用火箭把卫星送到“山顶”A点。
v1
将卫星以v1速度水平射出。这个射出过程叫轨道发射。之后卫星进入轨道1。
如果要把卫星发射到近地轨道上，发射速度v1应为第一宇宙速度。
人造卫星
人造地球卫星的运行轨道
地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：
① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度；
② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直；
③ 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
1．定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内．
同步卫星6“定”
2．定周期：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h.
3．定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.
4．定速率：运行速率为3.1×103 m/s.
5．定向心加速度：向心加速度为0.23m/s2.
6．定方向：自西向东.
卫星变轨
变轨点1：
点火加速
转移轨道
变轨点2：
点火加速
同步轨道
开普勒第二定律，减速
问题：比较圆轨道1的环绕速度与圆轨道2的环绕速度大小？
嫦娥一号发射轨道示意图
一、人造卫星的运动规律
例1 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则( )
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相等且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于
a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的
线速度
ABD
二、对同步卫星规律的理解及应用
例2 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它位于东经98.2度赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9 km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球
运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的
向心加速度大小相等
近地卫星的速度
T一定，r一定
二、对同步卫星规律的理解及应用
例2 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它位于东经98.2度赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9 km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球
运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的
向心加速度大小相等
近地卫星的速度
BC
例3 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中．已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小．
解析 据匀变速的规律，该星球表面的重力加速度
由牛顿第二定律:
三、宇宙速度的理解
近地卫星的速度
星球对卫星的引力(重力)提供向心力
星球的第一宇宙速度:
思路分析
课堂要点小结
宇宙航行
人造卫星：
同步卫星：
三
种
宇
宙
速
度
第一
宇宙
速度
第二宇宙速度
第三宇宙速度
最小发射速度（最大环绕速度）
v1＝7.9 km/s
v2＝11.2 km/s
v3＝16.7 km/s
向心加速度、线速度、角速度、周期随轨道半径的变化规律
六个一定(线速度、角速度、加速度、周期、离地高度、轨道平面一定)
求法：地面附近，万有引力提供向心力