新人教版高中物理必修第二冊(cè) 7.4 宇宙航行優(yōu)質(zhì)課件

4宇宙航行第七章萬有引力與宇宙航行1.會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度，知道三個(gè)宇宙速度的含義.2.了解人造地球衛(wèi)星的歷史及現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)同步衛(wèi)星的特點(diǎn).3.了解人類對(duì)太空的探索歷程和我國(guó)載人航天工程的發(fā)展.學(xué)習(xí)目標(biāo)1.牛頓的設(shè)想如圖1所示，把物體從高山上水平拋出，如果速度

，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為

.宇宙速度一圖1足夠大人造地球衛(wèi)星勻速圓周萬有引力mg(3)三個(gè)宇宙速度及含義

數(shù)值意義第一宇宙速度

km/s物體在

繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度第二宇宙速度

km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體克服

引力，永遠(yuǎn)離開地球的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度

km/s在地面附近發(fā)射飛行器使物體掙脫

引力束縛，飛到太陽系外的

地面發(fā)射速度7.9地面附近11.2地球16.7太陽最小人造地球衛(wèi)星二1.

年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功.

年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”發(fā)射成功.為我國(guó)航天事業(yè)作出特殊貢獻(xiàn)的科學(xué)家

被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”.2.地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)地球同步衛(wèi)星位于

上方高度約

處，因

，也稱靜止衛(wèi)星.地球同步衛(wèi)星與地球以

的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，周期與地球自轉(zhuǎn)周期

.19571970錢學(xué)森赤道36000km相對(duì)地面靜止相同相同1.

年蘇聯(lián)宇航員

進(jìn)入東方一號(hào)載人飛船，鑄就了人類首次進(jìn)入太空的豐碑.2.1969年，美國(guó)

飛船發(fā)射升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕.3.

年10月15日9時(shí)，我國(guó)

宇宙飛船把中國(guó)第一位航天員

送入太空，截止到2017年底，我國(guó)已經(jīng)將

名航天員送入太空，包括兩名女航天員.4.

年6月，神舟十號(hào)分別完成與

空間站的手動(dòng)和自動(dòng)交會(huì)對(duì)接；2016年10月19日，神舟十一號(hào)完成與天宮二號(hào)空間站的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接.2017年4月20日，我國(guó)發(fā)射了貨運(yùn)飛船

，入軌后與天宮二號(hào)空間站進(jìn)行自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、自主快速交會(huì)對(duì)接等3次交會(huì)對(duì)接及多項(xiàng)實(shí)驗(yàn).載人航天與太空探索三1961加加林阿波羅11號(hào)2003神舟五號(hào)楊利偉112013天宮一號(hào)天舟一號(hào)即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)在地面上發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度是7.9km/s.(

)(2)人造地球衛(wèi)星的最小繞行速度是7.9km/s.(

)(3)我國(guó)向月球發(fā)射的“嫦娥二號(hào)”宇宙飛船在地面附近的發(fā)射速度要大于11.2km/s.(

)(4)在地面附近發(fā)射火星探測(cè)器的速度應(yīng)為11.2km/s<v<16.7km/s.(

)(5)由v＝

，高軌道衛(wèi)星運(yùn)行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易.(

)√××√×2.已知火星的半徑為R，火星的質(zhì)量為m火，引力常量為G，則火星的第一宇宙速度為

.2.已知火星的半徑為R，火星的質(zhì)量為m火，引力常量為G，則火星的第一宇宙速度為

.三個(gè)宇宙速度一導(dǎo)學(xué)探究不同天體的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的決定因素是什么？知識(shí)深化1.第一宇宙速度(1)兩個(gè)表達(dá)式(2)含義①近地衛(wèi)星的圓軌道運(yùn)行速度，大小為7.9km/s，也是衛(wèi)星圓軌道的最大運(yùn)行速度.②人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，需要更多能量.2.第二宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球所需的最小發(fā)射速度，其大小為11.2km/s.當(dāng)發(fā)射速度7.9km/s<v0<11.2km/s時(shí)，物體繞地球運(yùn)行的軌跡是橢圓，且在軌道不同點(diǎn)速度大小一般不同.3.第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發(fā)射速度，其大小為16.7km/s.√√例2

(2019·湘潭一中期末)某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t后，物體以速率v落回手中.已知該星球的半徑為R，求該星球的第一宇宙速度.(物體只受星球的引力，忽略星球自轉(zhuǎn)的影響)人造地球衛(wèi)星二1.人造地球衛(wèi)星(1)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步軌道)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖2所示.圖2(2)因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心.2.近地衛(wèi)星(2)7.9km/s和85min分別是人造地球衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大線速度和最小周期.3.同步衛(wèi)星(1)“同步”的含義就是和地面保持相對(duì)靜止，所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期.(2)特點(diǎn)①定周期：所有同步衛(wèi)星周期均為T＝24h.②定軌道：同步衛(wèi)星軌道必須在地球赤道的正上方，運(yùn)轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東.④定速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此線速度、角速度大小均不變.⑤定加速度：由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變.例3

(多選)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象資料.設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法中正確的是A.同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n－1)倍√√解析地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，所以同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n－1)倍，A正確；同步衛(wèi)星與地球赤道上的物體具有相同的角速度，根據(jù)v＝rω知，同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的n倍，C錯(cuò)誤；例4如圖3所示，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).其中有靜止軌道同步衛(wèi)星和中地球軌道衛(wèi)星.已知中地球軌道衛(wèi)星的軌道高度為5000～15000km，則下列說法正確的是A.中地球軌道衛(wèi)星的線速度小于靜止軌道同步衛(wèi)星的線速度B.上述兩種衛(wèi)星的運(yùn)行速度可能大于7.9km/sC.中地球軌道衛(wèi)星繞地球一圈的時(shí)間小于24小時(shí)D.靜止軌道同步衛(wèi)星可以定位于北京的上空?qǐng)D3√同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較三例5如圖4所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星.三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為vA、vB、vC，角速度大小分別為ωA、ωB、ωC，周期分別為TA、TB、TC，向心加速度大小分別為aA、aB、aC，則A.ωA＝ωC<ωBB.TA＝TC<TBC.vA＝vC<vBD.aA＝aC>aB圖4√解析同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及a＝ω2r得vC>vA，aC>aA故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TB<TC＝TA，aB>aC>aA.選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤.總結(jié)提升2.同步衛(wèi)星和赤道上物體都做周期和角速度相同的圓周運(yùn)動(dòng).因此要通過v＝ωr，an＝ω2r比較兩者的線速度和向心加速度的大小.針對(duì)訓(xùn)練

(2018·四川涼山州木里中學(xué)高一下期中)如圖5所示，A是地球赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，其向心加速度大小為a1，線速度大小為v1；B是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的近地衛(wèi)星，其向心加速度大小為a2，線速度大小為v2；C是地球同步衛(wèi)星，其軌道半徑為r.已知地球半徑為R，下列關(guān)于A、B的向心加速度和線速度的大小關(guān)系正確的是圖5√1.(對(duì)宇宙速度的理解)(多選)(2019·巴蜀中學(xué)期末)下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是A.人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于或等于7.9km/s、小于11.2km/sB.火星探測(cè)衛(wèi)星的發(fā)射速度大于16.7km/sC.第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的

人造行星的最小發(fā)射速度D.第一宇宙速度7.9km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度1234√√解析根據(jù)v＝

可知，衛(wèi)星的軌道半徑r越大，即距離地面越遠(yuǎn)，衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小，7.9km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度，選項(xiàng)D正確；實(shí)際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，故衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度都小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；火星探測(cè)衛(wèi)星仍在太陽系內(nèi)，所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；第二宇宙速度是使物體掙脫地球引力束縛而成為太陽的一顆人造行星的最小發(fā)射速度，選項(xiàng)C正確.12342.(對(duì)同步衛(wèi)星的認(rèn)識(shí))(多選)(2019·海師附中期中)下列關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法正確的是A.各國(guó)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的B.同步通信衛(wèi)星的角速度雖已確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增

大，高度降低，速率減小，仍同步C.我國(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比同步衛(wèi)星低D.同步通信衛(wèi)星的速率比我國(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星速率小1234√√√3.(同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體的比較)(多選)如圖6所示，同步衛(wèi)星與地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列關(guān)系式正確的是1234√√圖6解析地球同步衛(wèi)星：軌道半徑為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1；地球赤道上的物體：軌道半徑為R，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2；以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星為近地衛(wèi)星.對(duì)于衛(wèi)星，其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力，12344.(第一宇宙速度的計(jì)算)(2019·岷縣一中期末)已知某星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的81倍，半徑是地球半徑的9倍.已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s，則在該星球上發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，其發(fā)射人造衛(wèi)星的速度最小是多少？1234答案23.7km/s1234解析設(shè)地球質(zhì)量為M1，半徑為R1；該星球的質(zhì)量為M2，半徑為R2則在該星球上發(fā)射人造衛(wèi)星的速度至少為：v2＝3v1＝23.7km/s.解析地球同步衛(wèi)星：軌道半徑為r，運(yùn)行速率為v1，向心加速度為a1；地球赤道上的物體：軌道半徑為R，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2；以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星為近地衛(wèi)星.對(duì)于衛(wèi)星，其共同特點(diǎn)是萬有引力提供向心力，12342.(對(duì)同步衛(wèi)星的認(rèn)識(shí))(多選)(2019·海師附中期中)下列關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法正確的是A.各國(guó)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的B.同步通信衛(wèi)星的角速度雖已確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增

大，高度降低，速率減小，仍同步C.我國(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比同步衛(wèi)星低D.同步通信衛(wèi)星的速率比我國(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星速率小1234√√√2.已知火星的半徑為R，火星的質(zhì)量為m火，引力常量為G，則火星的第一宇宙速度為

.勻速圓周萬有引力mg人造地球衛(wèi)星二1.

年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功.