7.4 宇宙航行（教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

7.4 宇宙航行 人教版（2019）物理（必修第二册） 第七章 万有引力与宇宙航行 老师： 授课时间： 1 课堂导入 观看视频《新时代中国航天》： 课堂导入 从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到新时代中国航天伟大成就，人类一直在为“飞天”梦想努力着。我们怎样用知识成就这个“飞天”梦想呢？ 课堂导入 实际上，早在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：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。 A v 你知道这个速度有多大吗？ 一、宇宙速度 思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2） 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫作第一宇宙速度（环绕速度）。 1.第一宇宙速度的分析与计算 一、宇宙速度 思考：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？ 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有： 1.第一宇宙速度的分析与计算 一、宇宙速度 发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。 （2）是航天器成为卫星的最小发射速度 2.是卫星的最大环绕速度 （1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s; 1.第一宇宙速度的分析与计算 一、宇宙速度 2.认识第二宇宙速度 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。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（逃逸速度）。 一、宇宙速度 3.认识第三宇宙速度 达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。 一、宇宙速度 数值 意义 第一宇宙速度 ___km/s (1)卫星在地球表面附近绕地球做_____________的速度 (2)人造卫星的最小地面发射速度 第二宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的_____地面发射速度 7.9 匀速圆周运动 11.2 地球 16.7 太阳 最小 二、人造卫星 卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类： 1.人造卫星轨道的分类 (1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。 (3)任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。 (2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。 二、人造卫星 2.人造地球卫星的运行参量 质量为m的天体绕质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动： 当r增大时 an减小 v减小 ω减小 T增大 二、人造卫星 3.人造地球卫星的分类 （1）近地卫星： 指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。 二、人造卫星 3.人造地球卫星的分类 （2）同步卫星的“六个一定” ①轨道平面一定：赤道平面 ②周期与角速度一定：T=24h ⑤运转方向一定:自西向东 ③轨道半径一定:r=6.6R ④速度大小一定:v=3.08km/s ⑥向心加速度的大小一定: 二、人造卫星 （3）同步卫星的用途： 主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。 二、人造卫星 h=3.6××107m r=4.2××107m v=3.08km/s T=24h h=3.8××108m r≈3.8××108m v=1km/s T=27.3天 h≈0 r=6.4××106m v=7.9km/s T=84分钟 同步卫星 近地卫星 月球 三、载人航天与太空探索 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，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级火箭研制成功，才为人造地球卫星的发射创造力条件。 三、载人航天与太空探索 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”被送到了外层空间。这是人类第一次冲破重力的束缚，自由自在地探测