高中人教版 (2019)宇宙航行课前预习ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)宇宙航行课前预习ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了宇宙速度，人造地球卫星，载人航天与太空探索，第一部分，第二部分，第三部分等内容，欢迎下载使用。
思想的实验：牛顿的高山抛体设想
牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
思考：物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
算一算：以多大的速度抛出物体，它才会绕地球表面运动，不会掉下来？
(1)建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
(2)基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供
请同学们计算：已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度 g，如何求速度 v ？
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫作第一宇宙速度（环绕速度）。
公式也适用于其他天体有关第一宇宙速度的计算问题。
(1)定义：是人造卫星(或航天器)近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。
(M为地球质量；R为地球球体半径)
(g为地球表面重力加速度；R为地球球体半径)
地球的第一宇宙速度大小为7.9km/s。
(3)第一宇宙速度的理解：
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是最小的发射速度
v＝7.9 km/s是最大环绕速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于 7.9 km/s，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，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度。
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。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（脱离速度）。
例1 关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是(  ) A.它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度VC.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度VD.从人造卫星的环绕地球运转的速度可知，把卫星发射到越远的地方越容易      
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”被送到了外层空间。这是人类第一次冲破重力的束缚，自由自在地探测宇宙空间。苏联的这一划时代成就当即在西方世界引发了一场“卫星地震”……
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：
卫星的轨道与赤卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。道共面，卫星始终处于赤道正上方。
卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
人造地球卫星的运行轨道所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上运行。
将卫星送入低轨道和高轨道所需的发射速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？
★向高轨道发射卫星时, 需要的发射速度越大。发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
问题：对于绕地球运动的人造卫星,其向心加速度、线速度、角速度、周期随轨道半径的变化规律？
1. 卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引 = F向
2. 卫星的动力学方程 ( r – v – ω – T 的关系 )
(1)定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。
(2)特点：六个“一定”
①转动方向一定：和地球自转方向一致；
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：所有的静止卫星都在赤道的正上方，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。
例2　如图所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5 000～15 000 km，则下列说法正确的是 A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/sC.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间大于24小时D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期
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。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
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。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
中国第一颗人造地球卫星发射成功
1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。东方红一号卫星于1958年提出预研计划，1965年正式开始研制，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。
2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空，标志着我国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。
2021年4月29日，天和核心舱从海南文昌航天发射中心成功发射入轨，中国天宫空间站建设任务正式启动。 截至2022年11月29日，空间站关键技术验证和建造阶段12次发射任务全部完成。11月30日，神舟十五号载人飞船顺利与“T”字构型空间站组合体交会对接。 2024年4月，神舟十八号3名航天员顺利进驻中国空间站。
第一宇宙速度(7.9km/s)：最小发射/最大环绕速度第二宇宙速度(11.2km/s)：脱离地球引力的速度第三宇宙速度(16.7km/s)：脱离太阳引力的速度
运行原理：万有引力提供向心力，做匀速圆周运动常见轨道：近地轨道、地球同步轨道、极地轨道主要应用：通信、气象预报、全球导航、军事侦察等
人造卫星：已广泛应用于社会生产生活，服务各行各业
载人航天：成功实现了人类飞出地球、进入并驻留太空的梦想
空间站：成为人类在太空中长期生活、工作和科学研究的“家”
1.如图所示是一张人造地球卫星轨道示意图，其中圆轨道a、c、d的圆心均与地心重合，a与赤道平面重合，b与某一纬线圈共面，c与某一经线圈共面。下列说法正确的是A.a、b、c、d都有可能是卫星的轨道B.轨道a上卫星的线速度大于7.9 km/sC.轨道c上卫星的运行周期可能与地球自转周期相同D.仅根据轨道d上卫星的轨道半径、角速度和引力常量，不能求出地球 质量
3. 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ）A . b所需向心力最大B . b、c周期相等，且大于a周期C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度D . b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
4.如图，有a、b、c、d四颗卫星，a未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b为近地轨道卫星，c为地球同步卫星，d为高空探测卫星，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，重力加速度为g，则下列关于四颗卫星的说法正确的是（　　）A．a卫星的向心加速度等于重力加速度gB．b卫星与地心连线在单位时间扫过的面积等于c卫星与地心连线在单位时间扫过的面积C．b、c卫星轨道半径的三次方与运行周期平方之比相等D．a卫星的运行周期等于d卫星的运行周期