第4節(jié)　宇宙航行 教學(xué)課件

物理第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行第4節(jié)宇宙航行01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道三個(gè)宇宙速度的含義，并會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度．2．認(rèn)識(shí)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)．3．了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識(shí)和我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射的情況以及人類對(duì)太空的探索歷程．知識(shí)點(diǎn)1宇宙速度1．人造地球衛(wèi)星的發(fā)射原理(1)牛頓的設(shè)想：在高山上水平拋出一個(gè)物體，當(dāng)初速度足夠大時(shí)，它將會(huì)圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地球表面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星．勻速圓周萬(wàn)有引力2．宇宙速度(1)第一宇宙速度vⅠ：衛(wèi)星在______________繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，vⅠ＝_______km/s.(2)第二宇宙速度vⅡ：使衛(wèi)星掙脫_______引力束縛的最小地面_______速度，vⅡ＝11.2km/s.(3)第三宇宙速度vⅢ：使衛(wèi)星掙脫_______引力束縛的最小地面_______速度，vⅢ＝16.7km/s.地面附近7.9

地球發(fā)射太陽(yáng)發(fā)射[判一判]1．(1)在地面上發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是7.9km/s.(

)(2)在地面上發(fā)射火星探測(cè)器的速度應(yīng)為11.2km/s<v<16.7km/s.(

)(3)要發(fā)射離開太陽(yáng)系的探測(cè)器，所需發(fā)射速度至少為16.7km/s.(

)(4)要發(fā)射一顆月球衛(wèi)星，在地面的發(fā)射速度應(yīng)大于16.7km/s.(

)√×√√知識(shí)點(diǎn)2人造地球衛(wèi)星1．1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功．2．1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”發(fā)射成功．3．為我國(guó)航天事業(yè)作出特殊貢獻(xiàn)的科學(xué)家______________被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”．4．地球同步衛(wèi)星：運(yùn)動(dòng)方向與地球_______方向相同．因其相對(duì)地面_______，也稱靜止衛(wèi)星．錢學(xué)森自轉(zhuǎn)靜止知識(shí)點(diǎn)3載人航天與太空探索1．1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入東方一號(hào)載人飛船進(jìn)行人類第一次太空航行．2．1969年7月16日，美國(guó)運(yùn)載阿波羅11號(hào)飛船的土星5號(hào)火箭點(diǎn)火升空，并于20日在月球留下足跡．3．2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)神舟五號(hào)宇宙飛船把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空．[判一判]2．(1)地球的同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方．(

)(2)地球同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同．(

)√√1．(對(duì)三種宇宙速度的理解)(多選)在地面上以速度v發(fā)射一飛船后，這艘飛船繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)將發(fā)射速度提高到2v時(shí)，飛船將可能(

)A．仍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，軌道半徑增大B．仍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，軌道半徑減小C．?dāng)[脫地球引力的束縛，成為太陽(yáng)系的小行星D．?dāng)[脫太陽(yáng)引力的束縛，飛向宇宙√√解析：飛船繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)射速度7.9km/s≤v<11.2km/s，則15.8km/s≤2v<22.4km/s，若15.8km/s≤2v<16.7km/s時(shí)，C正確；若16.7km/s≤v<22.4km/s時(shí)，D正確．√3．(地球的軌道衛(wèi)星問題)如圖所示，a、b、c、d四條圓軌道的圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸上，其中a、b、c的圓心在地球球心處．關(guān)于繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖中a、b、c、d都是可能的軌道B．只有a、b、c是可能的軌道C．圖中a、b、c都可能是同步衛(wèi)星的軌道D．若b、c軌道半徑相同，在這兩個(gè)軌道上運(yùn)行的所有衛(wèi)星的速度大小、加速度大小、向心力大小、繞行周期、重力加速度大小都一定分別相等√√探究一對(duì)宇宙速度的理解

1．第一宇宙速度：人造衛(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度．3.對(duì)第一宇宙速度的理解(1)“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊Γ剀壍朗侨嗽煨l(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度．【例1】(多選)下列關(guān)于三種宇宙速度的說(shuō)法中正確的是(

)A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/s，則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于等于v1，小于v2B．美國(guó)發(fā)射的“鳳凰號(hào)”火星探測(cè)衛(wèi)星，其發(fā)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體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造小行星的最小發(fā)射速度D．第一宇宙速度7.9km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度√√√√√[針對(duì)訓(xùn)練2]恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為(

)A．7.9km/s B．16.7km/sC．2.9×104km/s D．5.8×104km/s√探究二衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律分析

人造地球衛(wèi)星的軌道特點(diǎn)：衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．(1)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，衛(wèi)星的周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律．(2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，而萬(wàn)有引力指向地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心．(3)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，可以通過(guò)兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任一角度，如圖所示．【例3】如圖所示的是一張人造地球衛(wèi)星軌道示意圖，其中圓軌道a、c、d的圓心均與地心重合，a與赤道平面重合，b與某一緯線圈共面，c與某一經(jīng)線圈共面．下列說(shuō)法正確的是(

)A．a(chǎn)、b、c、d都有可能是衛(wèi)星的軌道B．軌道a上衛(wèi)星的線速度大于7.9km/sC．軌道c上衛(wèi)星的運(yùn)行周期可能與地球自轉(zhuǎn)周期相同D．僅根據(jù)軌道d上衛(wèi)星的軌道半徑、角速度和引力常量，也不能求出地球質(zhì)量√√√探究三地球同步衛(wèi)星問題

地球同步衛(wèi)星位于地面上方高度約36000km處，周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，其中一種的軌道平面與赤道平面成0度角，運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同．因其相對(duì)地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星．地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)見下表：周期一定與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h＝86400s角速度一定與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同高度一定衛(wèi)星離地面高度h＝r－R≈6R(為恒量)≈3.6×104km【例4】

關(guān)于地球同