高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行教学演示ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行教学演示ppt课件，共42页。PPT课件主要包含了牛顿的猜想，宇宙速度，环绕速度，逃逸速度，脱离速度，练一练，人造卫星，高轨低速大周期，卫星变轨问题，CONTONTS等内容，欢迎下载使用。

2、万有引力提供向心力
仰望星空，一片浩瀚璀璨，人类一直都梦想飞往太空，那要怎样才能实现呢？
英国科学家牛顿(1643-1727)在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿猜想当物体抛出速度足够大时，就不会落回地面上。
注意：人造卫星的发射速度和环绕速度是两个不同的概念 发射速度： 发射物体离开地面时的速度环绕速度： 卫星在稳定的轨道上绕地球转动的速度
人造地球卫星的运行轨道
那么，发射速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？
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：
人造地球卫星的最小发射速度。
由万有引力充当向心力有
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，速度为 v，它到地心的距离为 r。万有引力提供物体运动所需的向心力。
环绕地球运行的最大环绕速度。
在地面附近发射飞行器，如果速度等于 7.9 km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。
第一宇宙速度v1=7.9km/s
特点：a.人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度。 b.人造地球卫星的最小发射速度。 c.环绕地球运行的最大环绕速度。
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。
第二宇宙速度v2=11.2km/s
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
第三宇宙速度v3=16.7km/s
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v2B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，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
例2 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( 　　) A.16 km/s B.32 km/sC.4 km/s D.2 km/s
1957年，10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。（斯普特尼克一号，下左图）
1970年，4月24日，我国上第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。（上右图）
钱学森——中国航天之父。
① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度；② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直；③ 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：
1.人造卫星运行的规律
只适用于圆轨道，由万有引力提供向心力。
对于绕地球匀速圆周运动的人造卫星：（1）离地面越高，线速度越_____.（2）离地面越高，角速度越____.（3）离地面越高，周期越_____.（4）离地面越高，向心力越_____.
例3 如图所示的三个卫星，12在同一个轨道，3是同步卫星，问：v1、v2、v3大小关系？
2.两种特殊卫星（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。（2000km以下）
指相对于地面静止的人造卫星，也称“静止卫星”，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。
2.两种特殊卫星（2）同步卫星
同步卫星的特点——“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
例4 中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。2020年左右北斗卫星导航系统可以形成全球覆盖能力。如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则(　　)
A.卫星a的角速度小于c的角速度B.卫星a的加速度大于b的加速度C.卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D.卫星b的周期大于24 h
我国在2018年11月发射第41颗北斗导航同步卫星，如何让卫星进入同步轨道呢？
　　低轨道卫星一般直接入轨，即最后一级火箭发动机关机后，就可进入预定轨道。中、高轨道卫星的发射需要变轨，有下列三个阶段：1、停泊轨道：h=200km~400km的圆形轨道。2、转移轨道：图中椭圆形轨道，地心为焦点。3、同步轨道
人造地球卫星需经过多次变轨才能到达预定轨道，如图： 1、为了节省燃料，在赤道顺着地球自转方向发射卫星至近地圆轨道 2、在A点加速，使万有引力小于需要的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道 3、在B点加速，使卫星进入同步圆轨道。
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
卫星在圆轨道运行速度V1
使卫星进入更高轨道做圆周运动
1、卫星在二轨道相切点
速度—内小外大（切点看轨迹）
2、卫星在椭圆轨道运行
近地点---速度大，动能大
远地点---速度小，动能小
例5 如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ）
A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度
三、载人航天与太空探索
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。”
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。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。
1、双星问题(1)定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统，如图所示．
(2)特点：①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供，即
②两颗星的周期及角速度都相同，即 T1＝T2，ω1＝ω2
③两颗星的半径与它们之间的距离关系为： r1＋r2＝L
[思维深化]1．若在双星模型中，图中L、m1、m2、G为已知量，双星运动的周期如何表示？
2．若双星运动的周期为T，双星之间的距离为L，G已知，双星的总质量如何表示？
2、三星模型①三颗星位于同一直线上，两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲所示)．②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示)
3、四星模型(1)如图所示，四颗质量相等的行星位于正方形的四个顶点上，沿外接于正方形的圆轨道做匀速圆周运动，
四颗行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。
(2)如图所示：三颗质量相等的行星位于正三角形的三个顶点，另一颗恒星位于正三角形的中心O点，三颗行星以O点为圆心。绕正三角形的外接圆做匀速圆周运动。
外围三颗行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小均相等。