7.4宇宙航行 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册43张PPT
文档属性
| 名称 | 7.4宇宙航行 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册43张PPT |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 19.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-07 23:10:12 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
7.4
宇宙航行
一、宇宙速度
物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。
在简化之后，物体只受到指向地心的引力作用，物体
绕地球的运动可视作匀速圆周运动。设地球的质量为
m地，物体的质量为
m，速度为
v，它到地心的距离为
r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以
只要知道地球的质量
m地和物体做圆周运动的轨道半径
r，就可以求出物体绕行速度的大小。已知地球质量为
5.98×1024
kg，近地卫星在
100
?
200
km
的高度飞行，远小于地球半径（6
400
km），可以近似用
地球半径
R
代替卫星到地心的距离
r。把数据代入上式后
算出
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，
叫作第一宇宙速度（first
cosmic
velocity)。
1、第一宇宙速度
(2)
第一宇宙速度的计算方法
2、第二宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大
于
7.9
km/s，又小于
11.2
km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于
11.2
km/s
时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把
11.2
km/s叫作第二宇宙速度（second
cosmic
velocity)。
有些恒星，在它一生的最后阶段，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，密度极大，每立方厘米的质量可达数吨。它们的质量非常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大。于是，我们自然要想，会不会有这样的天体，它的质量更大、半径更小，逃逸速度更大，以
3
×
108
m/s
的速度传播的光都不能逃逸？如果宇宙中真的存在这种天体，即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们也根本看不到它。这种天体称为黑洞。
3、第三宇宙速度
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于
16.7
km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（third
cosmic
velocity)
二、人造地球卫星
各种各样的卫星……
返回
牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到
很大的速度，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级
火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。自
首颗人造地球卫星发射后，人类已经发射了数千颗人造地
球卫星，目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通
信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活
1957
年
10
月
4
日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1970
年
4
月
24
日，我国第一颗人造地球卫星“东方红
1
号”
发射成功，开创了中国航天史的新纪元。
为我国航天事业
作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。
（一）人造地球卫星的轨道特点
1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．
(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．
(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．
(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
（二）地球同步卫星
1、地球同步卫星的特点
（三）卫星变轨问题
三、载人航天与太空探索
人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的
理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越
大，越来越坚实。
1961
年
4
月
12
日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108
min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
1969
年
7
月
16
日
9
时
32
分，运载阿波罗
11
号飞船的土星
5
号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7
月
20
日下午
10
时
56
分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面（图
7.4-2），并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
2003
年
10
月
15
日
9
时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空（图
7.4-3）。飞船绕地球飞行
14
圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至
2017
年底，我国已经将
11
名（14
人次）航天员送入太空，包括两名女航天员。
除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索（图
7.4-4）。2013
年
6
月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016
年
10
月
19
日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017
年4
月
20
日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等
3次交会对接及多项实验。
地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活在摇篮里。尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……未来的探索之路还很长。
课堂练习
7.4
宇宙航行
一、宇宙速度
物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。
在简化之后，物体只受到指向地心的引力作用，物体
绕地球的运动可视作匀速圆周运动。设地球的质量为
m地，物体的质量为
m，速度为
v，它到地心的距离为
r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以
只要知道地球的质量
m地和物体做圆周运动的轨道半径
r，就可以求出物体绕行速度的大小。已知地球质量为
5.98×1024
kg，近地卫星在
100
?
200
km
的高度飞行，远小于地球半径（6
400
km），可以近似用
地球半径
R
代替卫星到地心的距离
r。把数据代入上式后
算出
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，
叫作第一宇宙速度（first
cosmic
velocity)。
1、第一宇宙速度
(2)
第一宇宙速度的计算方法
2、第二宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大
于
7.9
km/s，又小于
11.2
km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于
11.2
km/s
时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把
11.2
km/s叫作第二宇宙速度（second
cosmic
velocity)。
有些恒星，在它一生的最后阶段，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，密度极大，每立方厘米的质量可达数吨。它们的质量非常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大。于是，我们自然要想，会不会有这样的天体，它的质量更大、半径更小，逃逸速度更大，以
3
×
108
m/s
的速度传播的光都不能逃逸？如果宇宙中真的存在这种天体，即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们也根本看不到它。这种天体称为黑洞。
3、第三宇宙速度
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于
16.7
km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（third
cosmic
velocity)
二、人造地球卫星
各种各样的卫星……
返回
牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到
很大的速度，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级
火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。自
首颗人造地球卫星发射后，人类已经发射了数千颗人造地
球卫星，目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通
信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活
1957
年
10
月
4
日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1970
年
4
月
24
日，我国第一颗人造地球卫星“东方红
1
号”
发射成功，开创了中国航天史的新纪元。
为我国航天事业
作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。
（一）人造地球卫星的轨道特点
1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．
(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．
(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．
(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
（二）地球同步卫星
1、地球同步卫星的特点
（三）卫星变轨问题
三、载人航天与太空探索
人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的
理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越
大，越来越坚实。
1961
年
4
月
12
日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108
min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
1969
年
7
月
16
日
9
时
32
分，运载阿波罗
11
号飞船的土星
5
号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7
月
20
日下午
10
时
56
分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面（图
7.4-2），并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
2003
年
10
月
15
日
9
时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空（图
7.4-3）。飞船绕地球飞行
14
圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至
2017
年底，我国已经将
11
名（14
人次）航天员送入太空，包括两名女航天员。
除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索（图
7.4-4）。2013
年
6
月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016
年
10
月
19
日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017
年4
月
20
日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等
3次交会对接及多项实验。
地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活在摇篮里。尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……未来的探索之路还很长。
课堂练习