物理：65+宇宙航行(共40张PPT)(人教版必修2)

1、1、B 解析：解析：7.9 km/s是人造卫星在近地圆形轨道上的是人造卫星在近地圆形轨道上的运行速度，若轨道半径增大，则速度减小运行速度，若轨道半径增大，则速度减小2、D 解析：航天飞机和宇航员均由地球对其万有引力解析：航天飞机和宇航员均由地球对其万有引力提供向心力所以宇航员仍沿原轨道做匀速圆周运动提供向心力所以宇航员仍沿原轨道做匀速圆周运动 【基础知识梳理基础知识梳理】 gRvgRRGMv213: 7.9km/s 小小 大大 11.2km/s 16.7km/s 大大4：自转周期：自转周期 赤道赤道 半径半径 6400km 84min 7.9km/s自学检测自学检测自查自纠自查自纠3分钟分钟神

2、州五号神州五号实现了中华民族千年飞实现了中华民族千年飞天梦想。天梦想。 2003年年杨利伟神州六号神州六号完成一系列太空实验完成一系列太空实验2005年年费俊龙 聂海胜 神舟七号神舟七号中国人的第一次太空行走中国人的第一次太空行走 2008年年翟志刚 刘伯明 景海鹏抛出的石头为什么会落地？抛出的石头为什么会落地？ 那为什么卫星、月球却没有落下那为什么卫星、月球却没有落下来？卫星、月球没有落下来必须来？卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？具备什么条件？问题：问题：抛出的石头为什么会落地？那为什么抛出的石头为什么会落地？那为什么卫星、月球却没有落下来？卫星、月卫星、月球却没有落下来？卫星、月球没

3、有落下来必须具备什么条件？球没有落下来必须具备什么条件？思考：思考：牛顿的思考与牛顿的思考与设想：设想：抛出的速度抛出的速度v v越大时，落地点越远，速度越大时，落地点越远，速度增大到一定程度，将会出现什么结果？增大到一定程度，将会出现什么结果？ 牛顿的设想过程提示：万有引力提供物体提示：万有引力提供物体作匀速圆周运动的向心力。作匀速圆周运动的向心力。这个抛出速度就是做匀速这个抛出速度就是做匀速圆周运动的线速度。圆周运动的线速度。探究问题一探究问题一：以多大的速度抛出一个物体，它才会：以多大的速度抛出一个物体，它才会绕绕地球表面地球表面运动，不会落下来？运动，不会落下来？（变成了近地卫星）（变

4、成了近地卫星）(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 探究问题一探究问题一 第一宇宙速度的推导第一宇宙速度的推导要求：求出最终结果以m/s为单位时的数量级！RmvRGMm22 skmsmsmvRGM/9 . 7/109 . 7/3104 . 61089. 51067. 662411第一宇宙速度的推导第一宇宙速度的推导RmvRGMm22 skmsmvRGM/9.7/62411104.61089.51067.6若不知道地球的质量若不知道地球的质量M,只知只知道地球表面重力加速度道地球表面重力加速度g=9.8m

5、/s2，R=6400km，又，又该如何计算？该如何计算？skmgRvRGM/9 . 7104 . 68 . 9g62第一宇宙速度的推导第一宇宙速度的推导法二：重力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2 skmsmgRv/9.7/104.68.96n说明：说明： 等于这个速度，卫星刚好能在等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近地球表面附近作匀速圆周运动。作匀速圆周运动。宇宙速度宇宙速度1. 第一宇宙速度第一宇宙速度 v1=7.9km/s它是人造卫星它是人造卫星在地面附近在地面附近绕地球做绕地球做匀速圆周匀速圆周运运动的线速度动的线速度 倍倍倍倍221212DC

6、BA拓展拓展1 1：假设地球的质量不假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的（ ） B 如果大于如果大于7.9km/s，而小于而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点成为椭圆轨道的一个焦点 课本P44右下角图v2=11.2 km/s2. 第二宇宙速度第二宇宙速度这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度的人造行星的最小发射速度v3=16.7km/s3. 第三宇宙速度第三宇宙速度这是这是人造天

7、体人造天体挣脱太阳引力束缚的最小挣脱太阳引力束缚的最小发射速度发射速度如果人造天体具有这样的速度，就可以如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了系外了(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一 个难？个难？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？所需要的发射速度，哪一个更大？ 高轨道高轨道结论：发射的人造天体离地球越远，结论：发射的人造天体离地球越远，在地面上需要的发射速度就越大在地面上需要的发射速度就越大高轨道高轨道(3)发射速度发射速度和卫星绕地球旋转的和卫星绕地球旋转的运行速度运行速度是不是同一速

8、度？是不是同一速度？ 探究问题二探究问题二 人造卫星的人造卫星的发射速度发射速度和和运行速度运行速度的区别的区别发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念(1)发射速度：指被发射物在地面附近发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的离开发射装置时的初速度初速度.(2)运行速度：也叫环绕速度，是指卫星运行速度：也叫环绕速度，是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的动的线速度线速度。发射速度运行速度思考1 第一宇宙速度是最大的发射速度还是最小的发射速度？2 第一宇宙速度是最大的运行速度还是最小的运行速度？最小的发射速度最小的发射

9、速度当我们探究完下面的问题就知道了当我们探究完下面的问题就知道了探究问题三：探究问题三：运行速度（线速度运行速度（线速度v）与公转半径）与公转半径(r)的关的关系：系：rGmvrvmrMmG22提示：万有引力提供物体作提示：万有引力提供物体作圆周运动的向心力。用圆周运动的向心力。用r把把v表示出来。表示出来。1 第一宇宙速度是最大的发射速度还是最小的发射速度？2 第一宇宙速度是最大的运行速度还是最小的运行速度？第一宇宙速度（是近地卫星的发射速度也是近地卫星的运行速度）是最小的发射速度，也是最大的运行速度。记下来拓展：关于地球的第一宇宙速度，下面说法中正确的是（ ）A.它是人造地球卫星绕地球运行

10、的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速度D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度BC向心加速度向心加速度(an)、角速度、角速度()、周期、周期(T)与公转半径与公转半径(r)的关系的关系rTmrmrmvmarMmGn222224向心加速度、向心加速度、线速度、角速度、周期与半线速度、角速度、周期与半径的关系：径的关系：rGMv3rGMGMrrT22rGMa 探究问题三：探究问题三：小小小小小小大大小小思考思考：对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越 （2）离地面越高，线速度越

11、）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（4）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越（5）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越Tvarn例例2 2：如图所示，：如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b的质量相等且小于c的质量，则( ) a b cA.b所需向心力最小B.b、c的周期相等且小于a的周期C.b、c的向心加速度相等且大于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AD 拓展拓展2：宇宙飞船在半径为：宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙

12、飞船的()A线速度变小B角速度变小C周期变大 D向心加速度变大D课堂检测1 BCRggRGMRmRMmG82)2(3222：rTmrmrmvmarMmGn222224一三种宇宙速度：一三种宇宙速度：三卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心三卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供力由万有引力提供: :v1=7.9km/s（会推导）（会推导）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s二.发射速度与运行速度的区别探究问题三：探究问题三：(1) 如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？星轨道的是哪几条？abc探究问题三：探究问题三：(1) 如

13、图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？星轨道的是哪几条？abc提示提示：卫星作圆周：卫星作圆周运动的向心力必须运动的向心力必须指向地心指向地心探究问题三：探究问题三：(1) 如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？星轨道的是哪几条？abc提示提示：卫星作圆周：卫星作圆周运动的向心力必须运动的向心力必须指向地心指向地心(2) 这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？地球自转同步？地球同步卫星定义：相对地面静止，和地球具有相同定义：相对地面静止，和地球具有相同周期的

14、卫星。这种卫星一般用于通信，周期的卫星。这种卫星一般用于通信，又叫通信卫星。又叫通信卫星。地区同步卫星有地区同步卫星有“五定五定”：1 定周期（定周期（ T=24h）2 定轨道平面（赤道平面）定轨道平面（赤道平面）3 定高度（离地面高度定高度（离地面高度36 000km）4 定速率（运转速率定速率（运转速率3.1km/s）5定点（每颗同步卫星都各自对应赤道定点（每颗同步卫星都各自对应赤道上某一上某一 确定的点）确定的点）已知地球的半径是已知地球的半径是6400km，地球自转的周期，地球自转的周期24h，地球的，地球的质量质量5.891024kg，引力常量，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2 ，若要，若要发射一颗地球同步卫星，试求：发射一颗地