高一物理必修2--宇宙航行1-ppt演示教學(xué)

1、瑞安五中物理 余賢財2008年 高一資料高一物理必修2-宇宙航行1-ppt一、牛頓的設(shè)想一、牛頓的設(shè)想 -發(fā)射人造衛(wèi)星發(fā)射人造衛(wèi)星 2.最小的最小的發(fā)射速度發(fā)射速度是多少是多少?思考思考 1.1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動特點(diǎn)和受力特點(diǎn)衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動特點(diǎn)和受力特點(diǎn)? ?1.1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動和受力特點(diǎn)衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動和受力特點(diǎn)? ? F引 = Fn 二、衛(wèi)星的動力學(xué)方程二、衛(wèi)星的動力學(xué)方程? (r-V- -T的關(guān)系的關(guān)系)地球地球VTrRrM m22222 TmrmrrVmrMmG 線速度線速度,角速度角速度,周期與軌道半徑的關(guān)系？周期與軌道半徑的關(guān)系？(2)由由Mm/r2得得: =

2、3rGM(3)由由F引引mr(2/T)2 得得：GMr3(1)由由 得得: rvmrMm22rGM衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行運(yùn)行的周期越大！的周期越大！衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行運(yùn)行的速度越小！的速度越??！112466.67 105.89 1016.37 10/7.9/GMRvm skm s這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具有的有的最低發(fā)射速度最低發(fā)射速度，叫做，叫做第一宇第一宇宙速度宙速度。二、近地衛(wèi)星二、近地衛(wèi)星的的運(yùn)行速度運(yùn)行速度是多少呢？是多少呢？11226.67 10/GN mk

3、g已知：66.37 10Rm245.89 10Mkg練習(xí)：練習(xí)： 求近地衛(wèi)星的周期求近地衛(wèi)星的周期NoImage6 31124(6.37 10 ) 2 3.146.67 105.89 10 s 地GMrT32我們能否發(fā)射一顆周期為我們能否發(fā)射一顆周期為50min50min的衛(wèi)星呢？的衛(wèi)星呢？3 5.07 1084.5mins1、第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、勻速圓周運(yùn)動地面附近、勻速圓周運(yùn)動） 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度：發(fā)射物發(fā)射物體的速度大于或等于體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫當(dāng)時，衛(wèi)星就會脫當(dāng)離地球的吸引，不再繞地球離地球的吸引，不再繞地

4、球運(yùn)行。我們把這個速度叫第運(yùn)行。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引速度的物體還受到太陽的引力力3、第三宇宙速度、第三宇宙速度：如果發(fā)射物體的速度等于或大于如果發(fā)射物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。這個速度叫第三宇宙速度。系以外的宇宙空間去。這個速度叫第三宇宙速度。三、宇宙速度三、宇宙速度-幾個特殊的發(fā)射速度幾個特殊的發(fā)射速度（最小的發(fā)射速度）（最小的發(fā)射速度）【探究問題二探究問題二】(1)如圖所示，如圖所示，a、b、c三軌道中可以作三軌道中可

5、以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？為衛(wèi)星軌道的是哪一條？提示：衛(wèi)星作提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動的向心力圓周運(yùn)動的向心力必須指向地心必須指向地心(2)這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉(zhuǎn)同步？可能和地球自轉(zhuǎn)同步？abc結(jié)論：結(jié)論： 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動。周運(yùn)動。練習(xí)：練習(xí)：已知地球的半徑已知地球的半徑是是6400km，地球自轉(zhuǎn)，地球自轉(zhuǎn)的周期的周期24h，地球質(zhì)量，地球質(zhì)量5.891024kg, 引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/k

6、g2, 若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：(1)地球同步衛(wèi)星的離地面高度地球同步衛(wèi)星的離地面高度h. (2)地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v. 四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念 四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念(1)發(fā)射速度：發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)

7、射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道 四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念(1)發(fā)射速度：發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)

8、動軌道(2)環(huán)繞速度：環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼貼著著”地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度. 四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念注意注意: 衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度.(1)發(fā)射速度：發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就

9、再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道(2)環(huán)繞速度：環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼貼著著”地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度.(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？一個更容易？為什么？學(xué)生思考學(xué)生思考(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？一個更

10、容易？為什么？(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？為什么？學(xué)生思考學(xué)生思考(3)發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)的速度是發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說明什么？星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說明什么？(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？一個更容易？為什么？(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？為什么？學(xué)生思考學(xué)生思考第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?【探究問題三探究問題

11、三】第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：提示：同步衛(wèi)星速度同步衛(wèi)星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s【探究問題三探究問題三】第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：提示：同步衛(wèi)星速度同步衛(wèi)星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度, 也也是最大的環(huán)繞速度是最大的環(huán)繞速度結(jié)論結(jié)論:【探究問題三探究問題三】線速度、角速度、周期、向心加速度線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：與半徑的關(guān)系：練習(xí)：練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度線

12、速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：與半徑的關(guān)系：rGMv 練習(xí)：練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：與半徑的關(guān)系：rGMv 3rGM 練習(xí)：練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：與半徑的關(guān)系：rGMv 3rGM GMrT32 練習(xí)：練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：與半徑的關(guān)系：rGMv 3rGM GMrT32 2rGMa 練習(xí)：練習(xí)：h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/s

13、T=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分鐘分鐘同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球月球練習(xí)：近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較練習(xí)：近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向

14、心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_小小思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_小小小小思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（

15、1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小大大小小小小思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_小小大

16、大小小小小小小思考思考對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_（2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（5）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_練習(xí)：練習(xí)：能否發(fā)射一顆周期為能否發(fā)射一顆周期為80min的人的人造地球衛(wèi)星？造地球衛(wèi)星？一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向 心力由萬有引力提供心力由萬有引力提供: :rTmrmrmvrMmG222224 rTmrmrmvrMmG22

17、2224 二、三種宇宙速度：二、三種宇宙速度：一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向 心力由萬有引力提供心力由萬有引力提供: :v1=7.9km/s（會推導(dǎo)）（會推導(dǎo)）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s人類航天始祖-萬戶人類航天的始祖是我國明朝的萬戶。在15世紀(jì)的我國明朝早期，一位名叫“萬戶”的官員，在一把椅子的背后裝上47支火箭。當(dāng)然，那是當(dāng)時能買到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用繩子綁緊。兩手則各拿一個大風(fēng)箏。然后他要仆人將47支火箭同時點(diǎn)燃，想借用火箭的力量把他推向空中。這是美國人羅伯特吉姆在1945年出版的火箭與噴射一書中的敘述。英

18、國、德國和前蘇聯(lián)的一些火箭專家，在他們的著作中也提到或引用了這件事?？梢?，萬戶是世界上公認(rèn)的“第一個嘗試?yán)没鸺M(jìn)行飛行的人”。為表彰他的功績，國際天文聯(lián)合會將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”。（適當(dāng)介紹）航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū) 齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基 于于1903年發(fā)表了年發(fā)表了利用利用噴氣工具研究宇宙空噴氣工具研究宇宙空間間一文和以他的名一文和以他的名字命名的公式，奠定字命名的公式，奠定了火箭和液體發(fā)動機(jī)了火箭和液體發(fā)動機(jī)的理論基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)還證明了脫離地球引力還證明了脫離地球引力必須使用多級火箭。必須使用多級火箭。 航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū)戈達(dá)德戈達(dá)德19

19、26年他研制出世界上第一枚液體火箭 航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū) 馮馮布勞恩布勞恩 第二次世界大戰(zhàn)時，納粹德國在波羅的海邊的佩內(nèi)明德建了一個秘密導(dǎo)彈工廠。馮布勞恩帶領(lǐng)一批科學(xué)家在那里研制出現(xiàn)代導(dǎo)彈的鼻祖V-2。V-2導(dǎo)彈在二戰(zhàn)中被成批生產(chǎn)并用于實戰(zhàn)，主要用來轟炸倫敦。人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧 尤里尤里加加林加加林 1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員尤里加加林乘坐東方1號航天器，繞地球飛行108分鐘后，勝利地完成人類歷史上第一次宇宙飛行的任務(wù)，使人類遨游太空的夢想終于變成現(xiàn)實。 1963年6月16日駕駛宇宙飛船“東方6號”升空，作圍繞地球48圈的飛行，成為人類第一位進(jìn)入太空的女性，

20、并為此榮獲蘇聯(lián)英雄稱號。 人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧 尼爾尼爾阿姆斯特朗阿姆斯特朗 巴茲巴茲奧爾德林奧爾德林 1969年7月20日，美國宇航員巴茲奧爾德林（如圖）和尼爾阿姆斯特朗（頭盔中影像）乘“阿波羅”11號飛船首次登上月球。 人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧 布魯斯布魯斯麥坎德利斯麥坎德利斯 1984年6月7日，美國航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號宇航員布魯斯麥坎德利斯使用載人機(jī)動裝置，離開航天飛機(jī)320英尺，完成了人類首次無安全索太空行走 人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧 蒂托蒂托 2001年4月30日，第一位太空游客、美國人蒂托（中）快樂地進(jìn)入國際空間站，開始

21、了他為期一周的太空觀光生活。太空旅游的開辟使得普通人也能夠像宇航員一樣暢游星際之間。人類遨游太空回顧人類遨游太空回顧 楊利偉楊利偉 2003年10月15日，中國自行研制的“神舟”五號載人飛船，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，中國首位航天員楊利偉被順利送上太空。 一個人最完美和最強(qiáng)烈的情感來一個人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對不解之謎！自面對不解之謎！-愛因斯坦愛因斯坦1.把衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動看做勻速圓把衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動看做勻速圓周運(yùn)動周運(yùn)動,則離地球越遠(yuǎn)的衛(wèi)星則離地球越遠(yuǎn)的衛(wèi)星( ) A.周期越小周期越小 B.線速度越小線速度越小 C.角速度越小角速度越小 D.加速度越小加速度越小

22、六、練習(xí)反饋六、練習(xí)反饋2、發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)、發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星星,如果它的軌道半徑是地球如果它的軌道半徑是地球半徑半徑4倍倍,它它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？211212vrvr2112vv解解:萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力根據(jù)牛頓第二定律有根據(jù)牛頓第二定律有22MmvGmrr整理得整理得設(shè)第一宇宙速度為設(shè)第一宇宙速度為 ,衛(wèi)星的軌道速度為衛(wèi)星的軌道速度為 1v2vGMvr6.5 宇宙航行宇宙航行 (板書設(shè)計板書設(shè)計)四、宇宙速度：四、宇宙速度：一、牛頓的設(shè)想一、牛頓的設(shè)想 -發(fā)射人造衛(wèi)星發(fā)射人造衛(wèi)星 二、衛(wèi)星的動力學(xué)方程二、衛(wèi)星的動力學(xué)方程 F引 = F向 )(/9 .72002222最最大大的的運(yùn)運(yùn)行行速速度度skmRGMrGMVhRrTmrmrrVmrMmG skmVskmVskmV/7 .16/2 .11/9 . 7321 三、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較三、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較五、夢想成真：五、夢想成真：結(jié)束-休息二二 、同步通訊衛(wèi)星、同