高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行图文课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行图文课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了宇宙航行，知识点一宇宙速度，东方红1号，钱学森，000km，加加林，阿波罗11号，神舟五号，杨利伟，天宫一号等内容，欢迎下载使用。

1.牛顿曾设想:从高山上水平抛出一个物体,当抛出的速度足够大时,物体就不会落回地面,将成为环绕地球运动的人造地球卫星,如图所示.据此思考以下问题:
(2)物体绕地球做圆周运动的向心力由什么力来提供?是否需要考虑太阳对它的引力?
答案:由地球对物体的万有引力提供.不需要.
答案:当抛出速度较小时,物体做平抛运动.当抛出速度足够大时,物体不再落回地面,而是环绕地球运动.
(1)当抛出速度较小时,物体做什么运动?当抛出速度足够大物体不落回地面时,物体做什么运动?
(3)试推导物体紧贴地面围绕地球做匀速圆周运动的速度大小.已知地球半径R=6 400 km,地球质量m地=5.98×1024 kg,引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2.
2.阅读教材,完成下面的表格.
知识点二　人造地球卫星
迄今为止,人类已经发射了数千颗人造地球卫星,目前在轨有效运行的卫星有上千颗,其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活.阅读教材,完成下列问题.1. 年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星发射成功年4月24日,我国第一颗人造地球卫星—— (名称)发射成功,开创了中国航天史的新纪元.
3.为我国航天事业做出特殊贡献,被誉为“中国航天之父”的科学家是 .4.地球同步卫星位于赤道上方高度约 处,因相对地面静止,也称静止卫星.地球同步卫星的转动方向与地球自转方向 (选填“相同”或“不相同”),周期与地球自转周期 (选填“相同”或“不相同”). 
知识点三　载人航天与太空探索
人类一直有“飞天”的梦想,万有引力定律的发现,不仅破解了天上行星的运行规律,也为人类开辟了上天的理论之路.阅读教材,完成下列问题年4月12日,苏联航天员 进入“东方一号”载人飞船,飞船绕地球飞行一圈,然后安全降落在地面,铸就了人类首次进入太空的丰碑年7月16日,运载“ ”飞船的“土星5号”火箭点火升空,7月20日下午飞船登上月球.
3.2003年10月15日9时,我国“ ”宇宙飞船把中国第一位航天员 送入太空,截至2017年底,我国已将 名(14人次)航天员送入太空年6月,“神舟十号”分别完成与“ ”空间实验室的手动和自动交会对接;2016年10月19日,“神舟十一号”完成与“ ”空间实验室的自动交会对接.2017年4月20日,我国又发射了货运飞船“ ”.
1.第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.(　)2.人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.(　)3.如果在地面发射卫星的速度大于11.2 km/s,卫星会永远离开地球.(　)4.要发射一颗人造月球卫星,在地面的发射速度应大于16.7km/s.(　)5.绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(　)6.无论从哪个星球上发射卫星,发射速度都要大于7.9 km/s.(　)
1.已知地球的质量为m地=5.98×1024 kg,近地卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径等于地球半径r=R=6.4×106 m,地球表面附近的重力加速度g取9.8 m/s2.请用两种方法推导地球的第一宇宙速度,并比较两种方法计算的结果.
2.如图所示,地球的两颗卫星均绕地球做匀速圆周运动.
(1)环绕速度是卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度.试比较P、Q两颗卫星环绕速度的大小,并与第一宇宙速度做比较.
(2)发射速度是卫星在地面附近离开发射装置的初速度,一旦发射后再无能量补充.试比较发射P、Q两颗卫星需要的发射速度哪个大,并与第一宇宙速度比较.
答案:因为发射卫星要克服地球对它的引力做功,向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星需要的能量大,所以发射卫星Q需要的发射速度更大.由于近地轨道最低,其需要的发射速度最小,故P、Q的发射速度均大于第一宇宙速度,第一宇宙速度是地球卫星最小的发射速度.
3.不同天体的第一宇宙速度大小是否相等?第一宇宙速度的决定因素是什么?
1.第一宇宙速度(又叫环绕速度).v1=7.9 km/s,就是近地卫星环绕地球做匀速圆周运动的线速度,也是卫星的最小发射速度.计算方法如下:
任何天体都有自己的第一宇宙速度.
2.第二宇宙速度(又叫脱离速度).v2=11.2 km/s,就是卫星挣脱地球的引力需要的最小发射速度.当7.9 km/s≤v发<11.2 km/s时,卫星绕地球运动,且发射速度越大,卫星的轨道越高,绕行速度越小.3.第三宇宙速度(又叫逃逸速度).v3=16.7 km/s,当11.2 km/s≤v发<16.7 km/s时,卫星绕太阳运转,成为太阳系的一颗“小行星”.4.所有的人造地球卫星都满足7.9 km/s≤v发<11.2 km/s,v环≤7.9 km/s.
【典例1】某人在一星球上以速率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,求该星球上的第一宇宙速度.
在地球的周围,有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动,如图所示.
1.这些卫星运动的向心力都是由什么力提供的?这些卫星的轨道平面有什么特点?
答案:卫星运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供,所有卫星的轨道平面都经过地心.
2.这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢?
3.为什么发射速度越大,运行速度反而更小呢?这是否违反了能量守恒定律?
1.地球人造卫星轨道特点.人造卫星的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道.圆轨道的圆心都在地心,椭圆轨道其中一个焦点在地心.2.三类人造地球卫星轨道.(1)赤道轨道:卫星轨道在赤道平面,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,卫星通过两极上空.(3)一般轨道:卫星轨道和赤道成任一角度.
【典例2】图中所示的轨道不可能是卫星绕地球运行的轨道的是(　　)
A.1　　　 　B.2　　 　　C.3　　　 　D.4
解析:1是赤道轨道,2是极地轨道,3是一般轨道,4的圆心不在地心上,故4不可能是卫星绕地球运行的轨道.
地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星,又叫作通信卫星,地球上空分布着许多的同步卫星,如图所示.在地面上的人看来,它们始终静止不动.
1.这些同步卫星是否真的静止不动呢?
答案:这些地球同步卫星都在绕地心做匀速圆周运动,且转动方向与地球自转方向相同,周期与地球自转周期相同,所以相对地球静止.
2.这些同步卫星有什么共同的特点呢?
同步卫星的特点——六个“一定”.
赤道上随地球自转的物体、近地卫星、同步卫星的比较
1.(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　)A.第一宇宙速度v1=7.9 km/s,第二宇宙速度v2=11.2 km/s,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
2.已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,地球的第一宇宙速度为7.9 km/s,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为(　)A.3.5 km/s B.5.0 km/sC.17.7 km/s D.35.2 km/s
3.(2022·广东广州)2022年6月5日10时44分10秒,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲乘坐“神舟十四号”载人飞船从酒泉卫星发射中心升空,飞船采取径向对接方式与天宫空间站实现对接.在对接过程中,神舟飞船轨道半径缓慢增大,可近似地看成在不同轨道上做稳定的圆周运动.关于对接过程中的“神州十四号”,下列选项正确的是 ( )A.飞船中的航天员处于完全失重状态,因此万有引力等于0B.飞船飞行速度大于第二宇宙速度C.飞船运行周期变小D.飞船的加速度变小
4.如图所示,A、B均为地球同步卫星,卫星A的质量大于卫星B的质量.下列说法正确的是(　　)
A.卫星A、B的线速度大小都是11.2 km/sB.卫星A、B的运行轨道一定都在赤道正上空C.卫星A、B受到的万有引力大小相等D.卫星A、B的周期与地球绕太阳公转周期相同
学科素养培优模型建构——卫星的变轨问题
1.卫星从圆轨道Ⅰ转移到圆轨道Ⅲ需要经过如下过程,如图所示.
【典例】如图所示,某次发射同步卫星的过程如下:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后再次点火使卫星进入椭圆形的过渡轨道2,最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点,2、3相切于P点.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法正确的是(　　)
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度