高中物理教科版 (2019)必修 第二册人造卫星宇宙教学课件ppt

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从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到天问一号的火星之旅，人类一直在为“飞天”梦想努力着。
1.认识人造卫星的有关知识及运动规律2.理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。3.结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
一、从幻想到现实——人造卫星
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿提出推论：“如果在高山顶上架起一门大炮，用炮火的推力把一铅质的炮弹平射出去，铅弹在落到地面以前，就会沿着曲线飞过2英里的距离。假设没有空气阻力，发射炮弹的速度增加一倍，它飞行的距离也差不多会增加一倍;如果炮弹的速度增加十倍，它飞行的距离差不多会增加十倍。加快速度，我们可以使炮弹落到更远的地方，甚至绕地球飞行”
牛顿人造地球卫星的设想图
1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基率先提出了制造并发射人造地球卫星的设想。
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。——齐奥尔科夫斯基
1957年10月4日，苏联将第一颗人造卫星送入环绕地球的轨道。今天，地球周围运行着上千颗人造卫星，它们在为地面上的我们提供着通信、气象、侦察、导航等服务。
地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行？
按照牛顿曾提出过一个著名的理想实验，思考：
思考1：当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？
当抛出速度较小时，物体做平抛运动。当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动。
(2)已知地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？
(3)若已知地球半径R=6 400 km，地球表面的重力加速度g=10 m/s2，则物体环绕地球表面做匀速圆周运动的速度多大？(实际地球半径稍小于6 400 km，地球表面重力加速度约为9.8 m/s2，故实际环绕地球表面飞行卫星的环绕速度比按已知数据计算出的稍小)
说明：(1) 如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；
(2) 等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近做匀速圆周运动；
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。
v1=7.9km/s
环绕速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。
发射速度：指卫星进入轨道时的初速度。
使卫星挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。
v2=11.2km/s
使卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。
v3=16.7km/s
宇宙速度——不同发射速度的卫星运行情况
无法成为卫星，会落回地球表面
恰好环绕地球表面做匀速圆周运动
恰好环绕地球表面做圆周运动
“轨道的远地点在离地球无限远处”挣脱地球引力的束缚，永远离开地球
沿椭圆轨道绕地球运行，地心是椭圆轨道的一个焦点发射速度越大，椭圆轨道越扁，远地点离地球越远
以下太空探索实践中需要的发射速度分别满足什么速度范围？
“嫦娥”奔月中卫星的发射速度应该大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度。“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度。无人外太阳系空间探测器的发射速度应该大于第三宇宙速度。
相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，因为地球同步卫星主要用于通信等方面，故又叫通信卫星。
同步卫星在赤道正上方（因为同步卫星相对地面某点的位置保持不变），所以轨道平面与赤道重合。
发射3颗等距分布的通信卫星几乎可以实现全球通信。