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

7.4 宇宙航行 嫦娥奔月的运行过程 中国第一颗人造地球卫星东方红一号 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 2022年初，全球共有4800多颗人造卫星，我国有499颗。 一、宇宙速度 算一算：以多大的速度抛出物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？ （忽略太阳对物体的引力。已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质量M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2） 1.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）。 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： 解读第一宇宙速度 （1）在地面附近发射卫星的最小发射速度 （2）是做匀速圆周运动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）。 2.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）。 3.第三宇宙速度 二、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。这是人类第一次冲破重力的束缚，自由自在地探测宇宙空间。苏联的这一划时代成就当即在西方世界引发了一场“卫星地震”…… 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。 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。” 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。东方红一号卫星于1958年提出预研计划，1965年正式开始研制，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。 中国载人航天 人造卫星的运行规律 （1）常用关系式：根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力。 （2）常用结论：卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，其线速度越小，角速度越小，周期越大。 1.人造卫星的轨道 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。 任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。 极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。 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。 2.近地卫星 指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。 3.同步卫星的轨道 指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h。 所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。 同步卫星的几个定值 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: 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。 同步卫星的用途 人造卫星与月球参数对比 太空中的超失重 【练习1】卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北斗三号”导航系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍，则该地球静止轨道卫星（　　） A．发射速度一定大于11.2 km/s B．线速度一定小于7.9 km/s C．轨道可能是椭圆 D．可以经过苏州正上空 【参考答案】B 【练习2】（多选）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是（　　） A．第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度 B．第一宇宙速度v1=7.9 km/s，第二宇宙速度v2=11.2