7.4 宇宙航行 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章 万有引力与宇宙航行 人教版高中物理 必修第二册 第4节 宇宙航行 一、学习目标（1min） 1、了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。 2、知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的比较简单的问题。 3、了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观。 4、了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。 二、自主学习 阅读课本P59-62，完成知识填空，10min 二、自主学习 阅读课本P59-62，完成知识填空，10min 三、自学检测（4min） 自学检测1（2min） (多选)如图所示，在地球表面附近的A点发射卫星，当发 射速度为v1时卫星的轨道刚好为近地圆轨道1，当发射速度为v3时卫星恰好脱 离地球的引力变为了绕太阳运动的小行星，则以下说法正确的是(　　) A.轨道3对应的发射速度v3为7.9 km/s B.轨道1对应的发射速度v1为7.9 km/s C.轨道2对应的发射速度可能为14.5 km/s D.轨道2对应的发射速度可能为10.8 km/s BD 三、自学检测（4min） 自学检测2（2min）如图所示，a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上匀 速运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于点P，b、d在同一个圆轨道上。 某时刻b卫星恰好处于c卫星的正上方。下列说法中正确的是(　 　) A.b、d存在相撞危险 B.a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度 C.b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度 D.a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度 B 四、要点讲解（8min） （一）、三个宇宙速度 ■情境导入 发射卫星，要有足够大的速度才行。 (1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？ (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 四、要点讲解（8min） 1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。 2.第一宇宙速度的计算式 此过程也适应于其他星体的卫星 四、要点讲解（8min） 四、要点讲解（8min） 3.第一宇宙速度的理解 (1)“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。 四、要点讲解（8min） 四、要点讲解（8min） （二）、人造地球卫星运行分析 1.人造卫星的三种轨道 (1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。 (2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。 (3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。 四、要点讲解（8min） 2.地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星。(2)特点：六个“一定”①转动方向一定：和地球自转方向一致；②周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③角速度一定：等于地球自转的角速度；④轨道平面一定：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤高度一定：离地面高度固定不变(约3.6×104 km)；⑥速率一定：线速度大小一定(约3.1×103 m/s)。 四、要点讲解（8min） （三）、航天事业改变着人类的生活 20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空这一全新活动领域。 1.卫星通信和卫星广播：通过卫星实现越洋通话、实时收看世界各地发来的电视新闻。 2.“静止”在赤道上空的同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，3颗同步卫星就可以形成一条南北纬50°之间的全球观测带。再配合几颗纵穿地球两极的极轨卫星，就能形成全球气象卫星观测系统，为天气预报提供全面、及时的气象资料。 用卫星监测厄尔尼诺现象。不同的颜色代表海平面高度与正常水平的差值 四、要点讲解（8min） 3.卫星引起了船舶、飞机导航技术的重大变化。利用全球卫星定位系统导航的 各种汽车已经奔驰在城市的道路上。 国产车载GPS，根据卫星信号确定汽车位置，利用电脑储存的电子地图，用语音向驾驶员提出建议。 4.地球资源卫星：应用于勘测海洋和水利资源、调查地下矿藏、监视自然灾害、 观测环境污染等方面。 四、要点讲解（8min） 5.军用卫星：已经成为指挥系统和武器系统的重要组成部分，侦察卫星、军用通信卫星、军用导航卫星以及空中预警飞机构成了现代防务的“神经中枢”。 6.由于失重现象，航天器是一个微重力实验室，在这样的条件下，可以研制高纯度大单晶、超高纯度金属，进行各种物理、化学、生物、医学等学科的研究。 太空环境的另一个特点是高强度的辐射。它一方面对宇航员造成威胁；另一方面，它可以诱导生物基因的变异，受辐射的植物种子就有可能变为具有优良性状的新品种。 五、典型例题（8min） CD 例2（2min） (2019·北京卷，18)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星(　　) A.入轨后可以位于北京正上方 B.入轨后的速度大于第一宇宙速度 C.发射速度大于第二宇宙速度 D.若发射到近地圆轨道所需能量较少 D 例3（3min）（多选）我国发射了宇宙探测卫星“慧眼”，卫星携带了X射线调制望远镜，在离地550 km的轨道上观察遥远天体发出的X射线，为宇宙起源研究提供新的证据，则卫星的(　 　) A.角速度大于地球自转角速度 B.线速度小于第一宇宙速度 C.周期大于同步卫星的周期 D.向心加速度小于地面的重力加速度 ABD 六、当堂练习（10min） 共6题，全部完成后核对答案 2.2021年5月15日，中国火星探测工程执行探测任务的飞船“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。若飞船“天问一号”从地球上发射到与火星会合，运动轨迹如图中虚线椭圆所示，飞向火星过程中，太阳对飞船“天问一号”的引力远大于地球和火星对它的吸引力，认为地球和火星绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是(　 )   A．飞船“天问一号”椭圆运动的周期小于地球公转的周期 B．在与火星会合前，飞船“天问一号”的加速度小于火星公转的向心加速度 C．飞船“天问一号”在无动力飞行飞向火星过程中，引力势能增大，动能减少，机械能守恒 D．飞船“天问一号”在地球上的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 4.我国首颗量子科学实验卫星“墨子”已于酒泉卫星发射中心成功发射，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。“墨子”将由火箭发射至高度为500 km的预定圆形轨道。此前在西昌卫星发射中心成功发射了第二十三颗北斗导航卫星G7，G7属于地球静止轨道卫星(高度约为36 000 km)，它将使北斗系统的可靠性进一步提高。关于卫星以下说法中正确的是(　 ) A．这两颗卫星的运行速度可能大于7.9 km/s B．通过地面控制可以将北斗G7定点于西昌正上方 C．量子科学实验卫星“墨子”的周期比北斗G7的周期小 D．量子科学实验卫星“墨子”的向心加速度比北斗G7的小 当堂练习答案： 1.A 2.C 3.B 4.C 5.AC 本节课结束，谢谢观看！ 答案　(1)根据Geq \f(Mm,R2)＝meq \f(v2,R)，v＝eq \r(\f(GM,R))。可见第一宇宙速度由地球的质量和半径决定，不同星球的第一宇宙速度不同。 (2)轨道越高，需要的发射速度越大。 v＝ v＝ (1)由Geq \f(Mm,R2)＝meq \f(v2,R)推导可得____________。 (2)由mg＝meq \f(v2,R)推导可得__________。 $$