高中物理教科版 (2019)必修 第二册5 太空探索(选学)精品ppt课件

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4　人造卫星　宇宙速度5　太空探索(选学)
1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度(重点)。2.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况。
一、人造卫星、太空探索
牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将绕地球运动，成为人造地球卫星(不计空气阻力)。据此思考并讨论以下问题：(1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？
答案　当抛出速度较小时，物体做平抛运动。当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动。
(2)物体受地球的引力作用为什么不落回地面？
答案　当物体绕地球做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，所以物体处于完全失重状态。
1.牛顿的设想牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中作出了下面的推论：如果在高山顶上架起一门大炮，用炮火的推力把炮弹平射出去，速度越大水平射程越大，甚至___________。2.世界航天发展史1957年10月4日苏联将第一颗_________送入环绕地球的轨道。1969年7月16日，美国发射“阿波罗11号”_________，第一次把人送上月球，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。今天，人类探索太空的足迹已延伸到太阳系的边缘。
3.我国航天事业取得的成就2003年10月15日，中国第一艘载人飞船“神舟五号”把中国第一位航天员_______送入太空。2008年9月25日中国第三艘载人飞船“_________”成功发射，27日翟志刚在刘伯明的辅助下进行了出舱活动，中国成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。2016年9月中国成功发射“天宫二号”。2007年10月24日我国首颗绕月探测卫星“_________”成功发射升空。“嫦娥三号”则携带“________”月球车顺利登陆月球。
4.人造地球卫星(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示。
(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。
　(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
人造地球卫星运行时，由于地球对卫星的引力提供它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故A错误；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面不可能和经线所决定的平面共面，故B错误；
相对地球表面静止的卫星就是地球的静止轨道卫星，它在赤道平面内，且距地面有确定的高度，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们公转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动，故C、D正确。
不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？
第一宇宙速度(1)两个表达式思路一：万有引力提供向心力，
(2)含义①近地卫星(轨道半径近似等于地球半径)在圆轨道上的运行速度大小为7.9 km/s，也是卫星圆轨道的最大运行速度。②人造卫星的最小发射速度。向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，需要更多能量。
(1)被发射的卫星质量越大，它的第一宇宙速度越大。(　 　)(2)地球的第一宇宙速度与地球的质量有关。(　 　)(3)由v＝ 知，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易。(　 　)
　(2023·成都外国语学校高一期中)已知某星球半径为R，若航天员随登陆舱登陆该星球后，在此星球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球，小球能上升的最大高度为H。(不计大气阻力，忽略星球自转的影响)(1)求此星球表面的重力加速度大小；
对小球在该星球表面竖直上抛v02＝2gH
(2)试根据以上条件推导该星球第一宇宙速度v1的表达式。
设该星球有一质量为m的近地卫星，有
　(2023·攀枝花市高一统考)我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为A.0.4 km/s B.1.8 km/sC.11 km/s D.36 km/s
1.第二宇宙速度(1)定义：使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度。(2)大小：第二宇宙速度的大小为11.2 km/s。2.第三宇宙速度(1)定义：使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度。(2)大小：第三宇宙速度的大小为16.7 km/s。
以下太空探索实践中需要的发射速度是多少？
答案　“嫦娥”奔月中卫星的发射速度应该大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度。“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度。无人外太阳系空间探测器的发射速度应该大于第三宇宙速度。
无人外太阳系空间探测器
　关于宇宙速度，下列说法正确的是A.我国发射的“嫦娥五号”其发射速度达到了第二宇宙速度B.地球的第一宇宙速度与地球的质量无关C.我国发射的火星探测器其发射速度必须达到第三宇宙速度D.地球卫星的发射速度不可能小于第一宇宙速度7.9 km/s
我国发射的“嫦娥五号”其发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故A错误；地球的第一宇宙速度与地球质量、半径都有关，故B错误；我国发射的火星探测器其发射速度必须大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度，故C错误；第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，也是卫星绕地球运动的最大环绕速度，故D正确。
　(2023·乐山市期中)理论研究表明，任一星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系为v2＝ v1，已知某星球的半径为地球半径的一半，其表面的重力加速度大小为地球表面重力加速度的 ，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度约为A.2.8 km/s km/s D.15.8 km/s
考点一　三个宇宙速度的理解1.关于宇宙速度，下列说法正确的是A.第一宇宙速度是人造卫星沿圆轨道运行时的最大速度B.第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C.人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D.第三宇宙速度是物体脱离地球的最小发射速度
2.(2023·成都市高一期末)关于地球第一宇宙速度，下列说法中正确的是①它是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度②它是使人造地球卫星绕地球运行的最小发射速度③第一宇宙速度跟地球的半径无关④第一宇宙速度跟地球的质量无关A.①③ B.②③ C.①② D.②④
地球第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，则①正确；第一宇宙速度是使人造地球卫星绕地球运行的最小发射速度，则②正确；第一宇宙速度跟地球的半径和质量都有关系，则③④错误，故选C。
3.(多选)如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果抛出速度足够大，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是A.以v