7.4 宇宙航行 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章第四节 宇宙航行 新课引入 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。 你知道这个速度究竟有多大吗？ 第一宇宙速度 物体环绕地球运动，可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动的向心力，所以 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 月—地检验 已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，卫星在地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ 第一宇宙速度 计算天体的质量 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： 不同星球的第一宇宙速度是否相同？把卫星发射到更高轨道发射速度是越大还是越小？ 第一宇宙速度 月—地检验 第一宇宙速度的理解 “最小发射速度“：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度． “最大环绕速度“：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由可知，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度． 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）。 第二宇宙速度 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）。 第三宇宙速度 巩固提升 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，则该行星的第一宇宙速度约为（ ）. 16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s 月—地检验 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。 人造地球卫星 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。 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。 月—地检验 人造地球卫星 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。 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。 3.一般轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。 月—地检验 地球同步卫星 相对地面静止且与地球的自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星 月—地检验 地球同步卫星 轨道平面一定：赤道平面 周期与角速度一定：T=24h 轨道半径一定:r=6.6R 线速度大小一定:v=3.08km/s 运转方向一定:自西向东 向心加速度的大小一定: 六个“一定” 月—地检验 人造卫星的运行规律类似行星运行规律．由万有引力提供卫星做圆周运动的向力。 计算天体的质量 人造卫星的运行规律 a、v、w随r增大而减小 T随r增大而增大 巩固提升 （多选）如图所示,赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C,它们的运动都可视为匀速圆周运动,比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是(　 　) A.三者的周期关系为TA<TB<TC B.三者向心加速度大小关系为aA>aB>aC C.三者角速度的大小关系为ωA=ωC<ωB D.三者线速度的大小关系为vA<vC<vB 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。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。 载人航天与太空探索 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。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，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。” 载人航天与太空探索 2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空（图7.4-3)。飞船