高中物理必修二精品人教版高中物理必修2第7章第4节宇宙航行课件

1、宇宙航行人教版高中物理 必修2新知导入我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星。掌握 了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。神六的发射过程新知讲解一、牛顿的设想在 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。 v增大新知讲解人造卫星新知讲解物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。用万有引力定律就可求

2、解。二、宇宙速度地球上的物体，发射的速度至少有多大才能离开地球进行宇宙航行呢？思考讨论新知讲解例1：当卫星在地面附近绕地球运行时，轨道半径为r，地球的质量为m地 ，物体的质量为 m。（1）请推导卫星绕地球运行时v的表达式。（2）已知=6.6710-11N m2/kg2 , 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km6.4106m，求卫星绕地球运行时速度v的大小是多少？新知讲解解：万有引力提供物体作圆周运动的向心力。近地卫星在 100 200 km的高度飞行，远小于地球半径（6400km），可以近似用地球半径 R 代替卫星到地心的距离 r。由此解出新知讲解1、第一宇宙速度（1）

3、定义：物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。v=7.9km/s（2）人造卫星的发射速度与环绕速度发射速度: 指被发射物体离开地面时的速度。环绕速度： 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。新知讲解第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转。第一宇宙速度也是卫星刚好能在地球表面附近绕地球作匀速圆周运动的最大环绕速度。由 知，卫星轨道半径为r越大，v环绕越小，但需要的发射速度v发射越大。（3）对第一宇宙速度的理解新知讲解思考讨论有人说，第一宇宙速度也可用 （式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？参考答案：正确，因为在

4、地面附近重力近似等于万有引力即重力提供物体作圆周运动的向心力由此解出新知讲解参考答案：不能这样说。这是因为如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。思考：由 知高轨道上运行的卫星，线速度小，能否说向高轨道发射卫星比向低轨道要容易呢？新知讲解（4）第一宇宙速度意义第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。在地面附近发射飞行器，如果速度等于 7.9

5、km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。7.9km/s第一宇宙速度新知讲解思考: 若卫星的发射速度大于 7.9km/s ，会出现什么情况？若卫星的发射速度大于 7.9km/s，绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。7.9km/s7.9km/s v 11.2 km/s 椭圆圆当飞行器的发射速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。新知讲解2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。（1）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

6、.2 km/s叫作第二宇宙速度。（2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。新知讲解7.9km/s7.9km/s v 11.2 km/s 椭圆圆11.2km/s16.7km/s3、第三宇宙速度大小:v=16.7km/s（1）当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。新知讲解（2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。（3）注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s

7、，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于1 6.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。新知讲解思考：你能推导出卫星运行时，其an、v、 、T，分别与其轨道半径r的关系吗？ r越大，T越大（4）解得r越大，an越小解得（1）r越大，v越小（2）解得r越大，越小（3）解得新知讲解三、人造地球卫星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，所以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。1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。开创了人类航天时代的新纪元。第一颗人造地球卫星新知讲解1970 年 4 月 24 日，我国第一颗人

8、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。科学家钱学森被誉为“中国航天之父”为我国航天事业作出特殊贡献。新知讲解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。新知讲解1、地球同步卫星地球同步卫星位于赤道上方高度约 36000 km 处，因相对地面静止，也称静止卫星。2、特点周期一定：T=24h=86400s；角速度一定：相对于地面静止。轨道一定：同步卫星轨道必须在赤道上空；高度一定:高度约 36000 km；速率一定；加速度一定。注意：月球不是地球的同步卫星。新知讲解D例题：关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是（）A若其质量加倍，

9、则轨道半径也要加倍; B它以第一宇宙速度运行; C它以第二宇宙速度运行; D它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同。新知讲解解：A、地球同步卫星距离地球的高度约为36000 km，半径一样，所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样，与质量无关，故A错误；BC、地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1千米/秒，小于7.9km/s，即小于第一宇宙速度与第二宇宙速度，故BC错误；D、同步卫星是指与地球相对静止的卫星。这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同，故D正确。故选：D。新知讲解四、载人航天与太空探索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。实现了人类进

10、入太空的梦想。新知讲解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。新知讲解7 月 20 日下午 10 时 56 分，指挥长阿姆斯特朗踏上月面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。人类在月球上留下了自己的足迹。新知讲解我国的航天成就1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空新知讲解2010年10月1日 嫦娥二号顺利发射2005年10月12日神舟

11、六号费俊龙 聂海胜新知讲解2003年10月15日神舟五号中国第一位航天员杨利伟2008年9月25日神舟七号翟志刚 刘伯明 景海鹏2012年6月16日神舟九号景海鹏 刘洋 刘旺新知讲解聂海胜 张晓光 王亚平新知讲解2013年6月11日神舟十号除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。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。新知讲解阅

12、读课文了解航天事业对人类的生活有哪些改变。20 世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空这一全新活动领域。通过卫星实现越洋通话、实时收看世界各地发来的电视新闻，已经成了人们生活的一部分，电视台天气预报节目中的卫星云图已使我们充分感受到气象卫星的威力。卫星对地观测技术将对我国西部开发的整体规划和监控发挥重要作用。新知讲解STSE航天事业改变着人类的生活新知讲解科学漫步 黑洞阅读课文说一说黑洞的涵义。质量非常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大，以 3108m/s 的速度传播的光都不能逃逸，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。对于一个质量为 m的球状物体，当其半径R不大于2Gm/c2

13、时这种天体称为黑洞。课堂练习1、已知绕中心天体做匀速圆周运动的近地卫星的轨道半径为r，运动周期为T则中心天体的平均密度= 。3/ GT22、人造地球卫星A和B的质量之比为1：2，轨道半径之比为2：1，它们受到地球的引力之比为，它们运行的线速度之比为，它们运行的周期之比为。1：8课堂练习3、如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗静止轨道卫星（地球同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，卫星轨道半径大小不同，其运行速度、周期等参量也不相同，下面说法正确的是（）A卫星轨道半径越大，环绕速度越大 B卫星的线速度可能大于7.9km/s C卫星轨道半径越小，向心加速度越大 D卫星轨道半径越小，运动的角速度

14、越小 C课堂练习4据人民日报客户端1月3日的报道，上午10点26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，完成了人类航天史上的一项壮举，实现了人类第一次在月背软着陆，成为2019年太空领域的“开门红”。关于月球，下列说法正确的是（）A月球上地磁南极是地理的北极，和地球上相似； B月球上的重力加速度约是地球上的6倍； C地球同步卫星的轨道半径约是地月距离的十分之一； D月球的环绕速度要比地球同步卫星的线速度要大 。C课堂练习5、在地球上空有许多同步卫星，下列关于地球多个同步卫星的说法中正确的是（）A它们的质量可能不同 B它们的速率可能不同 C它们离地心的距离可能不同 D它们的向心加速度大小可能不同

15、A拓展提高1、所示，T和S是绕地球做匀速圆周运动的两颗人造地球卫星，虚线为各自轨道，其中T为地球同步卫星。由此可以判定（）AT卫星可以相对地面静止在天津的正上方 BT卫星的运行周期小于S卫星的运行周期 CT卫星的运行速率大于S卫星的运行速率 DT卫星、S卫星的运行速率均小于7.9km/s DST拓展提高2如图所示，a是赤道表面上一建筑物，随地球一起转动，b是地面附近近地轨道上正常运行的卫星，c、d两卫星在相同的轨道上（轨道平面跟赤道共面）且绕地球运行的方向一致、d在c的后面，则下列说法中正确的是（）A卫星b所需的向心力可能小于卫星c所需的向心力 B卫星c的线速度小于a的线速度 C卫星b运行的线速度可能大于地球第一宇宙速度 D卫星d加速后可追上c Acabd拓展提高3、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A稳定运行轨道可以位于重庆正上方 B稳定运行的线速度小于7.9km/s C运行轨道可高可低，轨道越高，绕地球运行一周所用时间越长 D若卫星质量加倍，运行高度将降低一半B课堂总结1、三个宇宙速度第一宇宙速度 v1=7.9km/s；第二宇宙速度 v2=11.2km/s；第三宇宙速度