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人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行4 宇宙航行教学课件ppt
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行4 宇宙航行教学课件ppt，共38页。PPT课件主要包含了知识点一宇宙速度，观图助学，环绕速度，匀速圆周，万有引力，9kms，2kms，思考判断，东方红一号，正上方等内容，欢迎下载使用。
水平速率v1不够大，因此炮弹将落到地上。当炮弹具有更大的初速度v2时，将飞得更远。当炮弹的水平速率v3足够大时，炮弹将环绕地球运动。
2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做___________运动的速度叫作第一宇宙速度。(2)大小：v＝7.9 km/s。
3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于____________，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开_________。我们把___________叫作第二宇宙速度。4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
(1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度。( )(2)当发射速度v＞7.9 km/s时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动。( )(3)地球所有的卫星在轨道上的运行速度都为7.9 km/s。( )
三个宇宙速度发射速度与环绕速度不同。发射速度是将卫星送入轨道，在地面上所必须获得的速度。环绕速度是卫星发射成功后，环绕地球运行时的速度。
知识点二 人造地球卫星、载人航天与太空探索[观图助学]
你知道哪些我国最近发射的人造卫星？它们是地球同步卫星吗？1.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。1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“______________”发射成功。
(2)地球同步卫星(ⅰ)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同______的卫星，叫作地球同步卫星。(ⅱ)特点：六个“一定”①转动方向一定：和地球自转方向_________；②周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③角速度一定：等于地球自转的角速度；④轨道平面一定：所有的同步卫星都在赤道的_________，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤高度一定：离地面高度固定不变(约3.6×104 km)；⑥速率一定：线速度大小一定(约3.1×103 m/s)。
2.载人航天与太空探索
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。2003年10月15日9时，我国___________宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接。2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。
航天器种类繁多，分无人航天器(人造地球卫星、空间探测器等)和载人航天器(载人飞船、空间站、航天飞机等)两类。如下所示。
中国第一位航天员杨利伟
(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？
[问题探究] 发射卫星，要有足够大的速度才行。
(2)轨道越高，需要的发射速度越大。
[探究归纳] 1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。2.第一宇宙速度的计算式
3.第一宇宙速度的理解
v＝7.9 km/s是最小的发射速度
也适用于其他星体的卫星
(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。
v＝7.9 km/s是最大环绕速度
[试题案例][例1] (多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )
A.第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发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体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
[例2] 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/s B.32 km/sC.4 km/s D.2 km/s
即v′＝2v＝2×8 km/s＝16 km/s，A正确。答案 A
方法总结 第一宇宙速度的计算方法对于任何天体，计算第一宇宙速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。(1)如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。(2)如果不知道天体的质量和半径的具体数值，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算。
核心要点二 人造地球卫星运行物理量分析[问题探究]如图所示，在地球的周围，有许多的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)这些卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有关呢？答案 (1)轨道平面过地心。(2)与轨道半径有关。
[探究归纳] 1.人造卫星的三种轨道(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，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，卫星经过两极上空。 (3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。
2.人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律。万有引力提供向心力
[试题案例][例3] (多选)三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图所示，已知mA＝mB＜mC，则对于三颗卫星，正确的是( )
A.运行线速度关系为vA＞vB＝vCB.运行周期关系为TA＜TB＝TCC. 为FA＝FB＜FC
[针对训练2] 2018年6月2日我国的“高分六号”在酒泉卫星发射中心发射成功，假设在轨运行的“高分六号”卫星、同步卫星和月球都绕地球做匀速圆周运动，它们在空间的位置示意图如图所示。下列有关“高分六号”卫星的说法正确的是( )
A.其发射速度可能小于7.9 km/sB.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度小C.绕地球运行的周期比同步卫星绕地球运行的周期小D.在运行轨道上完全失重，重力加速度为0
核心要点三 航天事业改变着人类的生活20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空这一全新活动领域。1.卫星通信和卫星广播：通过卫星实现越洋通话、实时收看世界各地发来的电视新闻。2.“静止”在赤道上空的同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，3颗同步卫星就可以形成一条南北纬50°之间的全球观测带。再配合几颗纵穿地球两极的极轨卫星，就能形成全球气象卫星观测系统，为天气预报提供全面、及时的气象资料。
用卫星监测厄尔尼诺现象。不同的颜色代表海平面高度与正常水平的差值
3.卫星引起了船舶、飞机导航技术的重大变化。利用全球卫星定位系统导航的各种汽车已经奔驰在城市的道路上。4.地球资源卫星：应用于勘测海洋和水利资源、调查地下矿藏、监视自然灾害、观测环境污染等方面。
国产车载GPS根据卫星信号确定汽车位置，利用电脑储存的电子地图，用语音向驾驶员提出建议
5.军用卫星：已经成为指挥系统和武器系统的重要组成部分，侦察卫星、军用通信卫星、军用导航卫星以及空中预警飞机构成了现代防务的“神经中枢”。6.由于失重现象，航天器是一个微重力实验室，在这样的条件下，可以研制高纯度大单晶、超高纯度金属，进行各种物理、化学、生物、医学等学科的研究。太空环境的另一个特点是高强度的辐射。它一方面对宇航员造成威胁；另一方面，它可以诱导生物基因的变异，受辐射的植物种子就有可能变为具有优良性状的新品种。
[例4] 中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。2020年左右北斗卫星导航系统可以形成全球覆盖能力。如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A.卫星a的角速度小于c的角速度B.卫星a的加速度大于b的加速度C.卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D.卫星b的周期大于24 h
[针对训练3] 2018年11月1日，我国在西昌卫星发射中心成功发射第四十一颗北斗导航卫星，是我国北斗三号系统第十七颗组网卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于该卫星的说法正确的是( )A.它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度B.它沿着与赤道成一定角度的轨道运动C.运行的轨道半径可以有不同的取值D.如果需要可以发射到北京上空
解析 地球的同步卫星与地球自转的周期相同，故它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度，选项A正确；它的轨道平面与赤道平面重合，即只能定点在赤道的上空，选项B、D错误；根据G＝mω2r可知，运行的轨道半径是固定的值，选项C错误。答案 A
水平速率v1不够大，因此炮弹将落到地上。当炮弹具有更大的初速度v2时，将飞得更远。当炮弹的水平速率v3足够大时，炮弹将环绕地球运动。
2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做___________运动的速度叫作第一宇宙速度。(2)大小：v＝7.9 km/s。
3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于____________，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开_________。我们把___________叫作第二宇宙速度。4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
(1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度。( )(2)当发射速度v＞7.9 km/s时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动。( )(3)地球所有的卫星在轨道上的运行速度都为7.9 km/s。( )
三个宇宙速度发射速度与环绕速度不同。发射速度是将卫星送入轨道，在地面上所必须获得的速度。环绕速度是卫星发射成功后，环绕地球运行时的速度。
知识点二 人造地球卫星、载人航天与太空探索[观图助学]
你知道哪些我国最近发射的人造卫星？它们是地球同步卫星吗？1.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。1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“______________”发射成功。
(2)地球同步卫星(ⅰ)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同______的卫星，叫作地球同步卫星。(ⅱ)特点：六个“一定”①转动方向一定：和地球自转方向_________；②周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③角速度一定：等于地球自转的角速度；④轨道平面一定：所有的同步卫星都在赤道的_________，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤高度一定：离地面高度固定不变(约3.6×104 km)；⑥速率一定：线速度大小一定(约3.1×103 m/s)。
2.载人航天与太空探索
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。2003年10月15日9时，我国___________宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接。2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。
航天器种类繁多，分无人航天器(人造地球卫星、空间探测器等)和载人航天器(载人飞船、空间站、航天飞机等)两类。如下所示。
中国第一位航天员杨利伟
(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？
[问题探究] 发射卫星，要有足够大的速度才行。
(2)轨道越高，需要的发射速度越大。
[探究归纳] 1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。2.第一宇宙速度的计算式
3.第一宇宙速度的理解
v＝7.9 km/s是最小的发射速度
也适用于其他星体的卫星
(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。
v＝7.9 km/s是最大环绕速度
[试题案例][例1] (多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )
A.第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发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体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
[例2] 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/s B.32 km/sC.4 km/s D.2 km/s
即v′＝2v＝2×8 km/s＝16 km/s，A正确。答案 A
方法总结 第一宇宙速度的计算方法对于任何天体，计算第一宇宙速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。(1)如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。(2)如果不知道天体的质量和半径的具体数值，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算。
核心要点二 人造地球卫星运行物理量分析[问题探究]如图所示，在地球的周围，有许多的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)这些卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有关呢？答案 (1)轨道平面过地心。(2)与轨道半径有关。
[探究归纳] 1.人造卫星的三种轨道(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，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，卫星经过两极上空。 (3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。
2.人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律。万有引力提供向心力
[试题案例][例3] (多选)三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图所示，已知mA＝mB＜mC，则对于三颗卫星，正确的是( )
A.运行线速度关系为vA＞vB＝vCB.运行周期关系为TA＜TB＝TCC. 为FA＝FB＜FC
[针对训练2] 2018年6月2日我国的“高分六号”在酒泉卫星发射中心发射成功，假设在轨运行的“高分六号”卫星、同步卫星和月球都绕地球做匀速圆周运动，它们在空间的位置示意图如图所示。下列有关“高分六号”卫星的说法正确的是( )
A.其发射速度可能小于7.9 km/sB.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度小C.绕地球运行的周期比同步卫星绕地球运行的周期小D.在运行轨道上完全失重，重力加速度为0
核心要点三 航天事业改变着人类的生活20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空这一全新活动领域。1.卫星通信和卫星广播：通过卫星实现越洋通话、实时收看世界各地发来的电视新闻。2.“静止”在赤道上空的同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，3颗同步卫星就可以形成一条南北纬50°之间的全球观测带。再配合几颗纵穿地球两极的极轨卫星，就能形成全球气象卫星观测系统，为天气预报提供全面、及时的气象资料。
用卫星监测厄尔尼诺现象。不同的颜色代表海平面高度与正常水平的差值
3.卫星引起了船舶、飞机导航技术的重大变化。利用全球卫星定位系统导航的各种汽车已经奔驰在城市的道路上。4.地球资源卫星：应用于勘测海洋和水利资源、调查地下矿藏、监视自然灾害、观测环境污染等方面。
国产车载GPS根据卫星信号确定汽车位置，利用电脑储存的电子地图，用语音向驾驶员提出建议
5.军用卫星：已经成为指挥系统和武器系统的重要组成部分，侦察卫星、军用通信卫星、军用导航卫星以及空中预警飞机构成了现代防务的“神经中枢”。6.由于失重现象，航天器是一个微重力实验室，在这样的条件下，可以研制高纯度大单晶、超高纯度金属，进行各种物理、化学、生物、医学等学科的研究。太空环境的另一个特点是高强度的辐射。它一方面对宇航员造成威胁；另一方面，它可以诱导生物基因的变异，受辐射的植物种子就有可能变为具有优良性状的新品种。
[例4] 中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。2020年左右北斗卫星导航系统可以形成全球覆盖能力。如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )
A.卫星a的角速度小于c的角速度B.卫星a的加速度大于b的加速度C.卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D.卫星b的周期大于24 h
[针对训练3] 2018年11月1日，我国在西昌卫星发射中心成功发射第四十一颗北斗导航卫星，是我国北斗三号系统第十七颗组网卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于该卫星的说法正确的是( )A.它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度B.它沿着与赤道成一定角度的轨道运动C.运行的轨道半径可以有不同的取值D.如果需要可以发射到北京上空
解析 地球的同步卫星与地球自转的周期相同，故它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度，选项A正确；它的轨道平面与赤道平面重合，即只能定点在赤道的上空，选项B、D错误；根据G＝mω2r可知，运行的轨道半径是固定的值，选项C错误。答案 A
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