高中物理人教版 (2019)必修 第二冊4 宇宙航行一等獎(jiǎng)ppt課件

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1 知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)計(jì)算第一宇宙速度．(重點(diǎn))　2 掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系．(重點(diǎn))　3 理解近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的區(qū)別．(難點(diǎn))　4 掌握衛(wèi)星的變軌問題．(難點(diǎn))
1.登月過程需要解決的問題？
（1）如何讓嫦娥五號飛出地球？
（2）如何讓嫦娥五號飛向月球？
（3）如何讓航天器飛向宇宙？
2、（1）拿一支粉筆水平拋出，粉筆做什么運(yùn)動(dòng)？
（2）在相同高度使拋出時(shí)的速度更大一些，與第一次拋出有什么區(qū)別？
（3）是否可以一直運(yùn)動(dòng)不掉下來？為什么會(huì)這樣呢？
不可以，因?yàn)槭艿街亓ψ饔茫酃P會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。
如圖所示，在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個(gè)速度究竟有多大嗎？
思考：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度， 叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。
1.第一宇宙速度的分析與計(jì)算
(1)環(huán)繞法：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
思考：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？（已知G=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
(2)拱橋法：當(dāng)支持力為0時(shí)，重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。
（2）是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度
2.是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度
（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s;
發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。
因此第一宇宙速度也是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。
理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于 11.2 km/s 時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 這個(gè)速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。
注意：在地面發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓，而是橢圓；等于或大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。
自首顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射后，人類已經(jīng)發(fā)射數(shù)千顆人造地球衛(wèi)星，目前在軌有效運(yùn)行的衛(wèi)星有上千顆，其中通信、導(dǎo)航、氣象等衛(wèi)星已極大地改變了人類的生活。
（一）人造地球衛(wèi)星的軌道特點(diǎn)1、衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．(1)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律．(2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，而萬有引力指向地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心．(3)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任一角度，如圖所示．
3.人造地球衛(wèi)星的分類
（1）近地衛(wèi)星：指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。
（2）同步衛(wèi)星的“六個(gè)一定”
①軌道平面一定：赤道平面
②周期與角速度一定：T=24h
⑤運(yùn)轉(zhuǎn)方向一定:自西向東
③軌道半徑一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
（3）同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。
三、載人航天與太空探索
1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入稱為第一個(gè)進(jìn)入太空的人類。
1969年阿波羅登月，阿姆斯特朗說了那名言：“對個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言,卻是巨大飛E躍。”
重溫55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射瞬間
第一宇宙速度（環(huán)繞速度）
第二宇宙速度（逃逸速度）
第三宇宙速度（脫離速度）
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
近地衛(wèi)星極地衛(wèi)星同步衛(wèi)星
1.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為( 　　)A.16 km/s B.32 km/sC.4 km/s D.2 km/s
2.如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　)A.線速度vA＜vB＜vCB.根據(jù)萬有引力定律，可知FA＞FB＞FCC.角速度ωA＞ωB＞ωCD.向心加速度aA＜aB＜aC
3.設(shè)地球的質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)角速度為ω，萬有引力常量為G，同步衛(wèi)星離地心高度為r，地表重力加速度為g，則關(guān)于同步衛(wèi)星的速度v的表達(dá)式正確的是（ 　?。? A． B． C． D．
4.如圖所示，天宮二號在橢圓軌道Ⅰ的遠(yuǎn)地點(diǎn)開始變軌，變軌后在圓軌道Ⅱ上運(yùn)行，A點(diǎn)離地面高度約為380km，地球同步衛(wèi)星離地面高度約為36000km。若天宮二號變軌前后質(zhì)量不變，則下列說法正確的是（　?。〢．天宮二號在軌道Ⅰ上運(yùn)行通過近地點(diǎn)B時(shí)速度最小B．天宮二號在軌道Ⅰ上的機(jī)械能小于在軌道Ⅱ上的機(jī)械能C．天宮二號在軌道Ⅱ上運(yùn)行的周期一定大于24hD．天宮二號在軌道Ⅰ上運(yùn)行通過點(diǎn)A時(shí)的加速度一定小于在軌道ⅡA上運(yùn)行通過點(diǎn)時(shí)的加速度