第7.4节 宇宙航行-2021-2022学年高一物理同步教学优质特色课件（人教版2019必修第二册）

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Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km＝6.4×106m，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）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 ①发射速度: 指被发射物体离开地面时的速度。 ②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 ①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。 ②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。 ③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 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/s 7.9km/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 11.2 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/s 7.9km/s <v < 11.2 km/s 椭圆 圆 11.2km/s 16.7km/s 3、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，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