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

7.4 宇宙航行 嫦娥奔月 飞天 万户飞天 美国阿波罗登月计划时宇航员在月面摆放实验仪器 飞天 万户飞天 神舟十四号航天员出舱活动 牛顿的猜想 牛顿的猜想 一、建立模型与基本思路 (1)建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 (2)基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供 已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，近地卫星在100 ~200 km的高度飞行，远小于地球半径（6 400 km），可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离 r，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度为： 二、第一宇宙速度 (1)定义：人造卫星(或航天器)近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。 (2)公式： (M为地球质量；R为地球球体半径) ※地球的第一宇宙速度大小为7.9km/s。 ※上述关系也适用于其他天体有关第一宇宙速度的计算问题。 ※第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 三、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。 四、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。 五、卫星绕中心天体匀速圆周运动的物理量 已知卫星绕地球匀速圆周运动的轨道半径为r，引力常量为G。请推导出卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an的表达式。 五、卫星绕中心天体匀速圆周运动的物理量 请推导出卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an的表达式。 五、卫星绕中心天体匀速圆周运动的物理量 由卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an的表达式可知： 卫星轨道半径越大，圆周运动越慢（高轨低速长周期） 五、卫星绕中心天体匀速圆周运动的物理量 由卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an的表达式可知： 卫星轨道半径越大，圆周运动越慢（高轨低速长周期）。所以第一宇宙速度既是卫星的最小发射速度也是卫星的最大环绕速度。 按照轨道平面的不同分为： 卫星的轨道平面在赤道平面内的同步轨道卫星； 卫星的轨道平面通过两极上空的极地轨道卫星； 卫星的轨道平面和赤道平面成任意角度的其他轨道卫星。 六、人造地球卫星的分类 所有卫星轨道的中心都在地心 七、地球同步卫星 (1)定义：定点在赤道上空，相对于地面静止公转周期与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。 (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； 七、地球同步卫星 (1)定义：定点在赤道上空，相对于地面静止公转周期与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。 (2)特点：六个“一定” ⑤高度一定：离地面高度固定不变(约36000 km)； ⑥速率一定：线速度大小一定。 地球同步卫星常用于通讯、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等方面，以实现对同一地区的连续工作。 七、地球同步卫星 地球同步卫星上的天线所辐射的电波，对地球的覆盖区域基本是稳定的，在这个覆盖区域内，任何地球站之间可以实现24小时不间断通信。一般来说，配置三颗地球同步卫星即可基本解决全球通信问题。在太平洋、大西洋和印度洋上空各有一颗国际通信卫星组织的地球同步卫星在运行，提供除两极外的全球通信使用，他的优点是使用者只要对准人造卫星就可进行通信而不必追踪卫星的轨迹 [9]。 八、载人航天与太空探索-世界其他国家的太空探索历史 苏联东方一号载人飞船进入太空 美国阿波罗登月 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，标志着我国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。 八、载人航天与太空探索-我国的载人航天和太空探索 中国空间站 嫦娥五号 八、载人航天与太空探索-我国的载人航天和太空探索 天问一号火星探测器 八、载人航天与太空探索-我国的载人航天和太空探索 例1　(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(　　) A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 B．我国发射的火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度 C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 典型例题：一、三个宇宙速度 例2　(2021·九江市教研所高一期末)已知地球表面的重力加速度约为10 m/s2，第一宇宙速度约为8 km/s，某星球半径约为地球半径的2倍，质量是地球质量的9倍，求： (1)该星球表面的重力加速度； (2)该星球的第一宇宙速度． 典型例题：一、三个宇宙速度 例3　(多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道(　　) A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆 B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆 C．与地球表面上的赤道是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的 D．与地球表面上的赤道是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的 典型例题：二、人造地球卫星 例4　(多选)下面关于同步卫星的说法中正确的是(　　) A．所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内 B．所有的地球同步卫星的质量都相等 C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度 D．它可以定位在桂林的正上空 典型例题：二、人造地球卫星 $$