6.5 宇宙航行-2020-2021学年高一下学期人教版物理必修2 课件47 张PPT

6.5 宇宙航行
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知识目标
学法建议
课标要求
1
三个宇宙速度的含义，第一宇宙速度的推导
阅读课本
知道
2
同步卫星的特点
阅读课本，联系实际
理解
3
人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程
联系生活
了解
学习目标
天
体
质
量
1.代换法：万有引力=重力
2.环绕法：万有引力=向心力
高轨低速大周期
天体密度????=????????
?
知识回顾
A
B
C
D
O
V0
以平抛运动为模型的推理过程
地球
牛顿人造卫星原理图
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、牛顿关于卫星的设想
思考 以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?
方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：
二、宇宙速度
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
地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？
思考:向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？
高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
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速度
V1=7.9km/s （第一宇宙速度）
最小发射速度
最大运行速度
人造卫星的r大, 需要的v发射大；而v运行却小
——因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。所以向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。
发射速度v﹤7.9km/s, 物体会落回地面
发射速度v=7.9km/s , 物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动
发射速度7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s, 物体绕地球运转，但轨迹是椭圆
当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运行。
第二宇宙速度——11.2km/s
（脱离速度）
第三宇宙速度——16.7 km/s
（逃逸速度）
如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。
地球
总结：
发射速度v
运动情况
v﹤7.9km/s
v=7.9km/s
7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s
11.2km/s ≤ v ﹤16.7km/s
16.7km/s ≦v
第二宇宙速度
第一宇宙速度
第三宇宙速度
物体落回地面
物体在地面附近绕地
球做匀速圆周运动
物体绕地球运转，运
动轨迹是椭圆。
物体绕太阳运动
物体飞出太阳系
地球
赤道轨道
其它轨道
极地轨道
2. 轨道中心
地心
1. ________ 提供向心力
万有引力
三、人造地球卫星
人造卫星的运动规律
结论：r 越大，an，v，w 都越小；只有 T 越大。
“高轨低速长周期”
结论：
(1)an、v、w、T 皆与卫星的质量无关，只由轨道半径 r 和地球的质量 M 决定。
(2) r 越大，an，v，w 都越小；只有 T 越大。
(3)所有人造卫星的轨道圆心一定与地心重合。
(4)此结论可推广应用于行星绕太阳的运动。
A
B
C
D
如图所示，A、B、C、D 四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？
解决卫星运行问题的基本思路
(1)万有引力提供卫星运行所需的向心力，有
(2)在地面或地面附近的物体所受的重力等于地球对它的万有引力，有
例：地球的质量为 M = 5.98×1024 kg ，半径为 R = 6.37×106 m，求：近地卫星的周期 T。(引力常量 G = 6.67×10-11 N·m2/kg2)
解：卫星运动所需的向心力由万有引力提供，则
解得：
某个国家声称，发射一颗周期为80min 的卫星，你相信吗？
同步卫星
1. 地球同步卫星：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：
其 r、an 、v、w、T 均为定值( 大小 )
h
设卫星离地面的高度为 h，则
解得：
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
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。
在南北两极纬度82°以上是盲区。
各种各样的卫星……
1
2
3
4
思考:
观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
？思考：
1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度
会相撞吗？
2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体
如何运动？
3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航
员处于什么状态？
4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？
课堂小结
1、第一宇宙速度的推导
V1=7.9km/s
最小发射速度
最大运行速度
2、卫星运行规律( 高轨低速长周期 )
3、同步卫星(六定)
轨道面（赤道面）、r、an 、v、w、T一定
1. (双选)关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( )
A. 它是人造地球卫星绕地球运转的最小速度
B. 它是人造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
达标检测
2. (单选)人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，关于其各物理量间的关系，下面说法正确的是( )
A. 半径越大，速度越小，周期越小
B. 半径越大，速度越小，周期越大
C. 所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关
D. 所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关
B
3. (双选)可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道(　　 )
A. 与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆
B. 与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆
C. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
CD
?
4. (单选)我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为 350km，“神舟八号”的运行轨道高度为 343km，它们的运行轨道均视为圆周，则( )
A. “天宫一号”比“神舟八号”速度大
B. “天宫一号”比“神舟八号”周期长
C. “天宫一号”比“神舟八号”角速度大
D. “天宫一号”比“神舟八号”加速度大
B
5. (单选)如图所示，是同一轨道平面内的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是(　　)
A. 根据 ，可知 vA < vB < vC
B. 根据万有引力定律，可知 FA > FB > FC
C. 角速度 wA > wB > wC
D. 向心加速度 aA < aB < aC
C
6. (双选)(2011广东)已知地球质量为 M，半径为 R，自转周期为 T，地球同步卫星质量为 m，引力常量为 G。有关同步卫星，下列表述正确的是( )
A. 卫星距离地面的高度为
B. 卫星的运行速度小于第一宇宙速度
C. 卫星运行时受到的向心力大小为
D. 卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
BD
谢谢聆听！