高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行示范课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行示范课课件ppt，共24页。PPT课件主要包含了环节一牛顿的设想，第一宇宙速度，9kms，环节二三个宇宙速度，课堂练习等内容，欢迎下载使用。

明朝一个叫万户(称谓，原名为陶成道)的官员，为了实现自己的航天梦想，坐在绑上了47支火箭的椅子上，手里拿着风筝，飞向天空。但是火箭在高空爆炸了，万户也为此献出了生命。人们称他为“世界航天第一人”。 为纪念万户，国际天文学联合会将月球上的一座环形山以这位古代的中国人命名。
物体的抛出速度一次比一次大，则其落点就一次比一次远。抛出速度比较小时，物体做平抛运动；当抛出速度足够大时，物体会绕着地球做圆周运动。
如果物体以10 km/s的速度，怎么画出它的运动轨迹呢?
知道物体刚好不落地时的抛出速度就可以解决这个问题了。
物体绕地球做圆周运动的向心力是由什么力提供的? 是否需要考虑太阳对物体的引力?
物体刚好不落地时的抛出速度究竟多大呢? 你能独立推导出来吗?
地球对物体的万有引力； 不需要考虑太阳对物体的万有引力。
（1）物体在地面附近绕地球的运动可视为匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于地球半径R。
已知：地球的质量为m地=5.97×1024 kg，绕地球做圆周运动的物体的质量为m，地球的半径为R=6 400 km。
（2）物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动，可近似认为向心力是由重力提供的，则有
达到这个速度后，物体将绕着地球的表面做匀速圆周运动！
为什么抛出速度小于 7.9 km/s时，物体会落到地面上，而不是做匀速圆周运动呢?
如果抛出速度大于7.9 km/s，物体又会怎样运动呢?
物体受到的重力会小于它做圆周运动所需的向心力，物体将做离心运动。物体在往外飞的过程中，万有引力做负功，故物体的速度会不断减小，它又会被引力吸引回来，此过程中万有引力做正功，物体的速度又变大。因此，物体的运动轨道可能是椭圆，不能做匀速圆周运动了。
如果物体的抛出速度再大一点，这个椭圆就会更大，物体的远地点也会离地球越来越远。请大家想一想，物体的抛出速度不断地增大，它还能一直绕地球做椭圆运动吗?
根据科学家的计算，如果发射速度达到11.2 km/s，物体就会飞出地月系，绕着太阳运动。我们把这个速度称为第二宇宙速度。当然，若是发射速度再增大，达到16.7 km/s，卫星就会飞出太阳系。我们把这个速度称为第三宇宙速度。
环节三：探究卫星运动的规律
人造地球卫星可能的稳定圆轨道。
北斗导航卫星系统是由多颗在不同轨道和不同高度的卫星构成的。这些不同高度的卫星，它们的线速度、角速度、加速度和周期与其轨道半径之间会有什么关系呢？
研究思路——牛顿第二定律。由万有引力提供向心力列式：
将卫星送入高轨道和低轨道哪一个需要的发射速度大?
那为什么处在高轨道的卫星的运行速度反而减小了呢?
近地卫星是在地球表面上方300 km至500 km的高度运行的卫星，这个高度相对于地球半径来说可以忽略，可近似认为它们的轨道半径就是地球半径，同学们来求解一下近地卫星的运行速度。
速度近似为7.9 km/s，周期大约是85 min
可见，近地卫星的运行速度接近于第一宇宙速度。
可见，物体的运行轨道离地面越近，其环绕速度越大；第一宇宙速度是物体在地面附近绕地球运动的线速度，为固定值7.9 km/s，因此第一宇宙速度也是卫星绕地球运行的最大环绕速度。
环绕速度是卫星在绕地球运行时的实际线速度。
地球同步卫星是和地球保持相对静止、运行周期与地球的自转周期相同的卫星。请大家思考一下，不同的同步卫星还具有什么特点?。
所有的同步卫星相对于地球静止，因此所有同步卫星的线速度、角速度、加速度和轨道半径都相等。同步卫星的轨道平面就是赤道平面，所有的同步卫星都位于赤道正上方。因此同步卫星也称为静止卫星。
1.太阳系八大行星中，金星离地球最近，且金星到太阳的距离小于地球到太阳的距离。假设金星与地球都绕太阳做匀速圆周运动。下列说法中正确的是 （ ） A.金星的线速度小于地球的线速度 B.金星的周期小于地球的周期 C.金星的角速度小于地球的角速度 D.金星的向心加速度小于地球的向心加速度
2.2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)。该卫星 （ ） A.发射速度大于第二宇宙速度 B.入轨后的速度大于第一宇宙速度 C.入轨后可以位于北京正上方 D.入轨后的角速度不变
3.火星有两个卫星，相当于有两个“月亮”，其中一颗卫星为火卫一。已知火卫一绕火星的运动周期为T，距离火星表面的高度为h，火星的质量为M，引力常量为G，不计火星自转的影响。求: (1)火星的半径R； (2)火卫一的线速度大小v。