物理必修 第二册4 宇宙航行优秀ppt课件

这是一份物理必修 第二册4 宇宙航行优秀ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了平抛运动，匀速圆周运动，科学思维，85min，79kms，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
问题1：当抛出速度较小时，物体做什么运动？
问题2：当平抛的初速度增大到某一数值后，物体就永远不会落到地面上来，物体将会做什么运动？
学习任务一 对宇宙速度的理解
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。
【科学推理】已知引力常量G和地球的质量为M，地球的半径为R，若要实现牛顿的设想，抛出物体的速度至少为多大?
第一宇宙速度由星球的质量和半径决定
不同星球的第一宇宙速度不同
轨道越高，需要的发射速度越大。
实际上卫星并不是在地表水平发射的，而是用火箭送到一定的高度的轨道后，再沿以地心为圆心的圆周的切线运行的。发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为发射速度，使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段。把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大.
第一宇宙速度（7.9km/s）：航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。是最小的发射速度，也是最大的绕行速度。
第二宇宙速度（11.2km/s）：当航天器超过第一宇宙速度达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度亦称脱离速度。
第三宇宙速度（16.7km/s）：从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，又称逃逸速度。
　　若你想从地面发射“嫦娥”探月航天器，其初始速度应该在哪个范围内？　　由于月球还未超出地球引力的范围，故其初始速度不小于10.848km/s即可。
考向一　对三种宇宙速度的理解
例1 如图是关于地球表面发射卫星时的三种宇宙速度的示意图,椭圆轨道为某卫星的运动轨道,下列说法正确的是(　)A.此卫星的发射速度大于第一宇宙速度B.此卫星在远地点的速度大于第一宇宙速度C.若想让卫星进入月球轨道,发射速度需大于第二宇宙速度D.若想让卫星进入环太阳轨道,发射速度需大于第三宇宙速度
[解析] 第一宇宙速度是最小的发射速度,此卫星的轨道为椭圆,发射速度大于第一宇宙速度,A正确;此卫星在远地点的速度小于同高度圆周运动卫星的速度,同高度圆周运动卫星的速度小于第一宇宙速度,所以此卫星在远地点的速度小于第一宇宙速度,B错误;月球轨道还在地球吸引范围之内,所以发射速度不能超过第二宇宙速度,C错误;第三宇宙速度是脱离太阳系所需要的最小发射速度,所以,若想让卫星进入环太阳轨道,发射速度不能大于第三宇宙速度,D错误.
考向二　第一宇宙速度的推导计算
例2 2022年11月1日,梦天实验舱成功交会对接天和核心舱,中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成.假设空间站的质量为m,飞行高度为h,绕地球运行n圈所用的时间为t.已知引力常量为G,地球的半径为R.求:(1)地球的质量;
例2 2022年11月1日,梦天实验舱成功交会对接天和核心舱,中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成.假设空间站的质量为m,飞行高度为h,绕地球运行n圈所用的时间为t.已知引力常量为G,地球的半径为R.求:(2)地球的第一宇宙速度.
学习任务二　人造卫星(航天器)和同步卫星
[物理观念] 如图所示,在地球的周围,有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动.(1)这些卫星的轨道平面有什么特点?(2)卫星可以绕着某一经度线或某一纬度线运动吗?
[答案] 轨道平面过地心　
[答案]没有绕某一经度线转动的卫星
所有卫星都在以地心为圆心的圆或椭圆轨道上 三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，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，卫星通过两极上空③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
人造地球卫星的运行轨道
人造卫星的运行规律：（1）常用关系式：根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力。
（2）常用结论：卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，其线速度越小，角速度越小，周期越大。
（1）近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，r=R
所以，同步卫星的轨道半径大小相等，高度相等，线速度大小和角速度大小相等。
所有的同步卫星的周期等于地球自转的周期
同步卫星在赤道正上方，因为相对地面某点的位置保持不变，所以，这样的同步卫星叫作静止卫星。
（2）同步卫星的 r 、h 、T、v、ω 、a 的大小都是定值。
学习任务三　赤道上物体、近地卫星、同步卫星比较
例5 [2023·福建三明一中期中] 如图所示,a为赤道上的物体,随地球自转做匀速圆周运动,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球的同步卫星,已知地球半径为R,地球同步卫星轨道半径为6.6R.下列说法中正确的是(　)A.a和c的向心加速度之比为1∶6.6B.b卫星转动线速度大于7.9 km/sC.a的公转周期小于b的公转周期D.b和c的线速度之比约为6.6∶1
赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的比较
2.“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，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，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，若不计发射与降落时间，飞船看作绕地球做匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度。已知地球质量m地＝6.0×1024kg，地球半径R＝6.4×103km。
3.已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，地球自转的周期为T，求地球同步卫星的向心加速度大小。