高一物理必修2-宇宙航行1-ppt

§6.5宇宙航行嫦娥奔月外國(guó)人的飛天夢(mèng)古人的夢(mèng)想一、牛頓的設(shè)想

----發(fā)射人造衛(wèi)星

<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>

2.最小的發(fā)射速度是多少?思考1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)?？1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力特點(diǎn)?衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供向心力。

F引=Fn

二、衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)方程?(r-V-ω

-T的關(guān)系)地球VTωrRrM

m探究：地球人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律衛(wèi)星的繞行速度v、角速度ω、周期T與軌道半徑r的關(guān)系1、繞行速度v與r的關(guān)系rv2、角速度ω與r的關(guān)系3、周期T與r的關(guān)系4、向心加速度a與r的關(guān)系線速度,角速度,周期與軌道半徑的關(guān)系？(2)由ＧMm/r2＝ｍω２ｒ得:ω=(3)由F引＝mr(2π/T)2

得：Ｔ＝２π(1)由Ｇ得:ｖ＝∴衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越大！∴衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越??！地球動(dòng)畫演示第5節(jié)宇宙航行“高軌低速長(zhǎng)周期”這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。二、近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度是多少呢？練習(xí)：求近地衛(wèi)星的周期我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢？自主探究：計(jì)算第一宇宙速度已知：地球的質(zhì)量M=5.98×1024kg,半徑R=6400km,引力常量G=6.67×1011N·m2/kg-2,如何求第一宇宙速度？第5節(jié)宇宙航行1、第一宇宙速度一、宇宙速度

物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫做第一宇宙速度。環(huán)繞速度思考：

若地球質(zhì)量未知，而知道地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6400km,能否求出第一宇宙速度？脫離速度當(dāng)物體的速度等于或大16.7km/s時(shí)，物體可以掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間。我們把16.7km/s叫做第三宇宙速度。逃逸速度2、第二宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開(kāi)地球。我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度。

3、第三宇宙速度第5節(jié)宇宙航行3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒（衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)束縛的最小發(fā)射速度）1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v=7.9千米/秒（地球衛(wèi)星最大的繞行速度，地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度）2、第二宇宙速度（脫離速度）：v=11.2千米/秒（衛(wèi)星掙脫地球束縛變成小行星的最小發(fā)射速度）或小結(jié)第5節(jié)宇宙航行1、第一宇宙速度：v=7.9km/s

(地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）

2、第二宇宙速度：發(fā)射物體的速度大于或等于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫當(dāng)離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽(yáng)的引力3、第三宇宙速度：如果發(fā)射物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去。這個(gè)速度叫第三宇宙速度。三、宇宙速度------幾個(gè)特殊的發(fā)射速度（最小的發(fā)射速度）【探究問(wèn)題二】

(1)如圖所示，a、b、c三軌道中可以作

為衛(wèi)星軌道的是哪一條？ 提示：衛(wèi)星作

圓周運(yùn)動(dòng)的向心力

必須指向地心

(2)這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星

可能和地球自轉(zhuǎn)同步？abc 結(jié)論：地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上

方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓

周運(yùn)動(dòng)。練習(xí)： 已知地球的半徑

是6400km，地球自轉(zhuǎn)

的周期24h，地球質(zhì)量

5.89×1024kg,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,

若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：

(1)地球同步衛(wèi)星的離地面高度h.

(2)地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v.四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念．四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念．

(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克

服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道．四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念．

(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克

服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道．

(2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后

繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼

著”地面運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度.四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念．注意:衛(wèi)星的實(shí)際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度.

(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克

服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道．

(2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后

繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼

著”地面運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度.課堂練習(xí)1、同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地球不動(dòng)的人造衛(wèi)星，則下面說(shuō)法正確的是（ ）A．它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方，且離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值B．它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方，但離地心的距離是一定的C．它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值D．它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的D2、我們國(guó)家從1999年至今已經(jīng)多次將“神舟”號(hào)宇宙飛船送入太空。在某次試驗(yàn)中，飛船在空中飛行了36h，環(huán)繞24圈。那么，同步衛(wèi)星與飛船在軌道上正常運(yùn)行相比較()A．衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期比飛船大B．衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度比飛船大C．衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)加速度比飛船大D．衛(wèi)星離地高度比飛船大AD

(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪

一個(gè)更容易？為什么？學(xué)生思考

(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪

一個(gè)更容易？為什么？

(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個(gè)更大？

為什么？學(xué)生思考

(3)發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)的速度是

不是同一速度？發(fā)射速度大說(shuō)明什么？衛(wèi)

星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說(shuō)明什么？

(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪

一個(gè)更容易？為什么？

(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個(gè)更大？

為什么？學(xué)生思考第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?【探究問(wèn)題三】第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s【探究問(wèn)題三】第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,也

是最大的環(huán)繞速度結(jié)論:【探究問(wèn)題三】 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)： 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)： 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)： 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)： 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球練習(xí)：近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小小「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小大小小大小小「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小大小小小「思考」對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______

練習(xí)： 能否發(fā)射一顆周期為80min的人

造地球衛(wèi)星？一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向

心力由萬(wàn)有引力提供:二、三種宇宙速度：一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向

心力由萬(wàn)有引力提供:v1=7.9km/s．（會(huì)推導(dǎo)）

v2=11.2km/s

v3=16.7km/s人類航天始祖----萬(wàn)戶人類航天的始祖是我國(guó)明朝的萬(wàn)戶。在15世紀(jì)的我國(guó)明朝早期，一位名叫“萬(wàn)戶”的官員，在一把椅子的背后裝上47支火箭。當(dāng)然，那是當(dāng)時(shí)能買到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用繩子綁緊。兩手則各拿一個(gè)大風(fēng)箏。然后他要仆人將47支火箭同時(shí)點(diǎn)燃，想借用火箭的力量把他推向空中。這是美國(guó)人羅伯特·吉姆在1945年出版的《火箭與噴射》一書中的敘述。英國(guó)、德國(guó)和前蘇聯(lián)的一些火箭專家，在他們的著作中也提到或引用了這件事?？梢?jiàn)，萬(wàn)戶是世界上公認(rèn)的“第一個(gè)嘗試?yán)没鸺M(jìn)行飛行的人”。為表彰他的功績(jī)，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬(wàn)戶”。五、夢(mèng)想成真（適當(dāng)介紹）航天科學(xué)的三位先驅(qū)

齊奧爾科夫斯基

于1903年發(fā)表了《利用噴氣工具研究宇宙空間》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液體發(fā)動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)還證明了脫離地球引力必須使用多級(jí)火箭。

航天科學(xué)的三位先驅(qū)戈達(dá)德1926年他研制出世界上第一枚液體火箭航天科學(xué)的三位先驅(qū)

馮·布勞恩

第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，納粹德國(guó)在波羅的海邊的佩內(nèi)明德建了一個(gè)秘密導(dǎo)彈工廠。馮·布勞恩帶領(lǐng)一批科學(xué)家在那里研制出現(xiàn)代導(dǎo)彈的鼻祖V-2。V-2導(dǎo)彈在二戰(zhàn)中被成批生產(chǎn)并用于實(shí)戰(zhàn)，主要用來(lái)轟炸倫敦。人類遨游太空回顧

尤里·加加林

1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林乘坐東方1號(hào)航天器，繞地球飛行108分鐘后，勝利地完成人類歷史上第一次宇宙飛行的任務(wù)，使人類遨游太空的夢(mèng)想終于變成現(xiàn)實(shí)。1963年6月16日駕駛宇宙飛船“東方6號(hào)”升空，作圍繞地球48圈的飛行，成為人類第一位進(jìn)入太空的女性，并為此榮獲蘇聯(lián)英雄稱號(hào)。人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧尼爾·阿姆斯特朗巴茲·奧爾德林1969年7月20日，美國(guó)宇航員巴茲·奧爾德林（如圖）和尼爾·阿姆斯特朗（頭盔中影像）乘“阿波羅”11號(hào)飛船首次登上月球。人類遨游太空回顧布魯斯·麥坎德利斯1984年6月7日，美國(guó)航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號(hào)宇航員布魯斯·麥坎德利斯使用載人機(jī)動(dòng)裝置，離開(kāi)航天飛機(jī)320英尺，完成了人類首次無(wú)安全索太空行走人類遨游太空回顧蒂托2001年4月30日，第一位太空游客、美國(guó)人蒂托（中）快樂(lè)地進(jìn)入國(guó)際空間站，開(kāi)始了他為期一周的太空觀光生活。太空旅游的開(kāi)辟使得普通人也能夠像宇航員一樣暢游星際之間。人類遨游太空回顧楊利偉2003年10月15日，中國(guó)自行研制的“神舟”五號(hào)載人飛船，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，中國(guó)首位航天員楊利偉被順利送上太空。一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來(lái)自面對(duì)不解之謎！-----愛(ài)因斯坦1.把衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)看做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則離地球越遠(yuǎn)的衛(wèi)星()A.周期越小B.線速度越小

C.角速度越小D.加速度越小六、練習(xí)反饋2、發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球半徑4倍