高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行4 宇宙航行图文课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行4 宇宙航行图文课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了学习目标，宇宙速度，人造地球卫星，二卫星变轨，本课小结，当堂检测等内容，欢迎下载使用。
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。
（1）拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？
（2）在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？
（3）是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？
不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。
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？
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
1.第一宇宙速度的分析与计算
（2）是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s;
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成为卫星的最小发射速度。
因此第一宇宙速度也是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）。
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）。
注意：在地面发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，永远离开地球。
（一）人造地球卫星的轨道特点1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
例［多选］有两颗质量相同的人造地球卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（　　）A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
3.人造地球卫星的分类
（1）近地卫星：指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
（2）地球静止轨道卫星的“六个一定”
①轨道平面一定：赤道平面
②周期与角速度一定：T=24h
⑤运转方向一定:自西向东
③轨道半径一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
（3）地球静止轨道卫星的用途：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。
如图所示，四颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向均为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？
不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，会进入外层轨道；如果减速，则卫星做向心运动，会进入内层轨道。故可以先加速后减速或先减速后加速的办法。
问题（2）：假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要让该卫星进人外层轨道，该如何操作?
在某点瞬间加速，卫星将做离心运动，进入外层轨道后，再减速使卫星在该轨道上做匀速圆周运动。
问题（3）：在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/s