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

第四节 宇宙航行 第七章 万有引力与宇宙航行 1.物理观念：了解发射速度与环绕速度的区别与联系；了解第一、第二及第三宇宙速度的含义；会利用力与运动的观念分析人造卫星的运行、变轨等实际问题 2.科学思维：了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度 3.科学探究：能将卫星的运动抽象成匀速圆周运动模型进行分析 4.科学态度与责任：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 教学目标 如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：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？ 宇宙速度 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动，设地球的质量为M，物体的质量为m，线速度为，它到地心的距离为r，由万有引力提供所需向心力，所以 由此推导得， 已知，地球的质量为5.98×1024kg,近地卫星在100-200km的高度飞行，远小于地球半径，可以近似用地球半径R=6400Km代替轨道半径r，得 第一宇宙速度 物体在地球附近绕地球作匀速圆周运动的速度叫作第一宇宙速度。也叫环绕速度。第一宇宙速度大小为 第一宇宙速度的另一种求法： 物体在地面附近绕地球作匀速圆周运动时，可以近似看作为重力提供向心力，所以有 第一宇宙速度大小为 第二宇宙速度 当飞行器的速度大于或等于11.2km/s时，它就克服地球的引力，永远离开地球，我们把这个速度叫作第二宇宙速度。第二宇宙速度大小为 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的引力，如图速度大于或等于16.7km/s时，飞行器可以脱离太阳的引力而飞翔太阳系外，我们把这个速度叫作第三宇宙速度。第三宇宙速度大小为 大家讨论以下：嫦娥三号登月过程中它的速度应该在什么范围？不能超过多少？ 大家讨论以下：天问二号登火星过程中它的速度应该在什么范围？不能超过多少？ 日常生活中，大部分电视信号都是用卫星发射的。基站接受信号后通过有线的方式传送到我们的电视上。导航系统也是一样。这时，我们需要一个公转周期跟地球自传周期相等的卫星：同步卫星。 地球同步卫星 我国北斗系统包括地球同步轨道卫星（GEO，轨道半径为35786km）、倾斜地球同步轨道卫星（IGSO,轨道半径为35786km）和中圆地球轨道卫星（MEO,轨道半径为21528km）三种轨道卫星，其中MEO轨道卫星不属于地球同步轨道卫星。 地球同步卫星 地球同步卫星 北斗导航卫星 1.定义：相对于地面静止且与公转周期与地球自转周期相同的卫星。 2.特点： ①转动方向一定：和地球自转方向相同； ②周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24h； 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成0度角； ⑤高度一定：离地面高度固定不变(约为3.6×104 km)； ⑥速率一定：线速度大小一定(约为3.1×103 m/s)。 地球同步卫星特点 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。 1934年3月9日—1968年3月27日 载人航天与太空探索 1969年7月16日，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，拉开了人类登月这一伟大历史事件的帷幕。 尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗1930年8月5日-2012年8月25日 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。 1965年6月21日出生于辽宁省葫芦岛市绥中县，中共党员，清华大学管理学博士学位，特级航天员，少将军衔，国际宇航科学院院士。 载人航天与太空探索 自2013年6月起，神舟飞船先后与天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室成功完成交会对接试验。 载人航天与太空探索 载人航天与太空探索 中国空间站 2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功发射。 载人航天与太空探索 载人航天与太空探索 国际空间站 国际空间站于1993年由美国、俄罗斯、法国、德国、意大利、英国、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、日本、加拿大和巴西共16个国家联合建造，是迄今世界上最大的航天工程。2010年正式完工投入使用。 载人航天与太空探索 载人航天与太空探索 天问一号于2020年7月23日在 文昌航天发射场 由 长征五号 遥四运载火箭发射升空 ，成功进入预定轨道。 2021年2月10日天问一号与 火星 交会，成功实施捕获制动进入环绕火星轨道。对预选着陆区进行了3个月的详查后，于2021年5月15日成功实现软着陆在火星表面 。2021年5月22日，祝融号火星车成功驶上火星表面，开始巡视探测。2021年11月8日，天问一号环绕器成功实施第五次近火制动，准确进入遥感使命轨道，开展火星全球遥感探测。 小结 1.第一宇宙速度：又叫环绕速度，大小为 2.第二宇宙速度：克服地球的引力，永远离开地球的速度， 大小为 3.第三宇宙速度：飞行器可以脱离太阳的引力而飞翔太阳系外的速度， 大小为 4.同步卫星：相对于地面静止且与公转周期与地球自转周期相同的卫星 例题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“天问一号”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小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 CD 例题2：2023年5月17日，我国成功发射第56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 例题3：北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号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。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星(　　) A.周期大 B.线速度大 C.角速度大 D.加速度大 A