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 宇宙航行课文课件ppt

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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运动情况和受力情况。3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。4.了解宇宙航行的历程,感受人类对自然界的探索精神。
微判断1.发射人造地球卫星需要足够大的速度。(　　)2.绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。(　　)3.在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s。(　　)4.要发射一颗人造月球卫星,在地面的发射速度应大于16.7 km/s。(　　)
二、人造地球卫星1.人造地球卫星的发射及原理。(1)牛顿设想。当物体被抛出的速度　足够大　时,它将围绕地球　运动　而不再落回地面,成为一颗人造地球卫星(如图甲所示)。 (2)发射过程简介。如图乙所示,发射人造地球卫星,一般使用三级火箭。
2.动力学特点。一般情况下可认为人造卫星绕地球做　匀速圆周　运动,其向心力由地球对它的　万有引力　提供。 
3.人造地球卫星。(1)1957年10月4日,　世界上　第一颗人造地球卫星发射成功。 (2)1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星　“东方红1号”　发射成功,开创了中国航天史的新纪元。为我国航天事业作出特殊贡献的科学家　钱学森　被誉为“中国航天之父”。 (3)地球静止卫星位于　赤道　上方高度约　36 000　 km处,与地面相对静止。地球同步卫星的运行周期与地球自转周期　相同　。 
微思考 在地球的周围,有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动,请思考:这些卫星的轨道平面有什么特点?这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢?提示:这些卫星的轨道平面都通过地心;卫星的线速度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关。
三、载人航天与太空探索1969年7月,美国阿波罗11号登上　月球　。 2003年10月15日,我国航天员　杨利伟　踏入太空。 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。2022年12月3日,中国航天员乘组完成首次在轨交接,中国空间站正式开启长期有人驻留模式。
在我国的探月工程与深空探测任务中:2020年12月1日,嫦娥五号着陆于月球的天船基地,共获取月球样品1 731 g,成为人类历史上无人自动采集月球样品最多的一次。2021年5月15日,天问一号探测器着陆火星。
一 第一宇宙速度的理解和相关计算
3.对发射速度和环绕速度的理解。(1)“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,因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道,而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
假设某航天员在一星球上以速率v竖直上抛一物体,经时间t后,物体以速率v落回手中。已知该星球的半径为R,试求该星球的第一宇宙速度。
典例剖析【例1】 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/sB.32 km/sC.4 km/sD.2 km/s答案:A
规律总结 (1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度。(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度,也是卫星的最小发射速度。(3)轨道半径越大的卫星,其运行速度越小,但其地面发射速度越大。
解析:由第一宇宙速度公式可知,
二 人造卫星和同步卫星问题
重难归纳1.人造地球卫星的轨道。(1)椭圆轨道:地心位于椭圆的一个焦点上。(2)圆轨道:卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星所需的向心力由万有引力提供,由于万有引力指向地心,所以卫星的轨道圆心必然是地心,即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。
(3)卫星的三种轨道:地球卫星的轨道平面与赤道平面成一定角度的一般轨道;轨道平面与赤道平面重合的赤道轨道;轨道平面与赤道平面垂直,即通过极点的极地轨道,如图所示。
2.地球同步卫星。(1)概念:位于地面上方高度约36 000 km处,周期与地球自转周期相同的卫星叫作地球同步卫星。(2)同步卫星的三个“一定”。
(3)静止卫星。地球同步卫星中有一种卫星的轨道平面与赤道平面成0度角,运动方向与地球自转方向相同,相对地面静止。
世界各国的同步卫星都在同一轨道上吗?它们做圆周运动的向心力一定相同吗?提示:不都在同一轨道上;向心力不一定相同,各国的同步卫星质量不一定相同,受到的万有引力大小不一定相等。
典例剖析【例2】 (多选)如图所示,赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、静止卫星C,它们的运动都可视为匀速圆周运动,比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是(　　)A.三者的周期关系为TAaB>aCC.三者角速度的大小关系为ωA=ωC<ωBD.三者线速度的大小关系为vA解析:因为静止卫星转动周期与地球自转周期相同,故TA=TC,选项A错误。因为静止卫星的周期和地球自转周期相同,故ωA=ωC,根据a=rω2知,A和C的向心加速度大小关系为aA规律总结 静止卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较1.近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星,卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。静止卫星是在赤道平面内,定点在某一特定高度的卫星,其做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分,它不是地球的卫星,充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差。
2.近地卫星与静止卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供;静止卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度。当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时,往往借助静止卫星这一纽带,这样会使问题迎刃而解。
学以致用2.设地球半径为R,A为静止在地球赤道上的一个物体,B为一颗绕地球做匀速圆周运动的近地人造卫星,C为地球的一颗同步卫星,其轨道半径为r。下列说法正确的是(　　)
3.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红1号”,目前仍然在椭圆轨道上运行,其轨道近地点高度约为440 km,远地点高度约为2 060 km;1984年4月8日成功发射的“东方红2号”卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上。设“东方红1号”在远地点的加速度为a1,“东方红2号”的加速度为a2,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3,则a1、a2、a3的大小关系为( )A.a2>a1>a3B.a3>a2>a1C.a3>a1>a2D.a1>a2>a3
1.某火星探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星。火星探测器的发射速度(　　)A.等于7.9 km/sB.大于16.7 km/sC.大于7.9 km/s且小于11.2 km/sD.大于11.2 km/s且小于16.7 km/s答案:D
解析:第一宇宙速度为7.9 km/s,第二宇宙速度为11.2 km/s,第三宇宙速度为16.7 km/s,由题意可知,火星探测器的发射速度大于11.2 km/s且小于16.7 km/s,选项D正确。
2.(多选)如图所示的圆1、2、3,其圆心均在地球自转轴线上,2、3的圆心与地心重合,2所在平面与地球自转轴线垂直,对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言(　　)A.卫星的轨道可能为1B.卫星的轨道可能为2C.卫星的轨道可能为3D.静止卫星的轨道一定为与2共面的某一同心圆答案:BCD
解析:物体做匀速圆周运动时,物体所受的合力方向一定要指向圆心,对于环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言,所受的万有引力指向地心,所以选项A错误,B、C正确;对于静止卫星来说,由于相对于地球表面静止,所以静止卫星应在赤道的正上方,因此选项D正确。
4.如图所示,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,下列说法正确的是(　　)A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度B.b、c的向心加速度大小相等,且小于a的向心加速度C.c加速可追上同一轨道上的b,b减速可等到同一轨道上的cD.a卫星由于某原因,轨道半径缓慢减小,其线速度将减小答案:B