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高中人教版 (2019)4 宇宙航行一等奖ppt课件
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这是一份高中人教版 (2019)4 宇宙航行一等奖ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了学习目标，宇宙速度，人造地球卫星，二卫星变轨，本课小结，当堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观。4.了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。
（1）拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？
（2）在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？
（3）是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？
不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。
如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
1.第一宇宙速度的分析与计算
（2）是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s;
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成为卫星的最小发射速度。
因此第一宇宙速度也是卫星的最大环绕速度。
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（逃逸速度）。
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）。
注意：在地面发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，永远离开地球。
（一）人造地球卫星的轨道特点1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
例［多选］有两颗质量相同的人造地球卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（ ）A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
3.人造地球卫星的分类
（1）近地卫星：指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
（2）地球静止轨道卫星的“六个一定”
①轨道平面一定：赤道平面
②周期与角速度一定：T=24h
⑤运转方向一定:自西向东
③轨道半径一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
（3）地球静止轨道卫星的用途：主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。
如图所示，四颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向均为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？
不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，会进入外层轨道；如果减速，则卫星做向心运动，会进入内层轨道。故可以先加速后减速或先减速后加速的办法。
问题（2）：假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要让该卫星进人外层轨道，该如何操作?
在某点瞬间加速，卫星将做离心运动，进入外层轨道后，再减速使卫星在该轨道上做匀速圆周运动。
问题（3）：在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/s
从上面的分析，我们知道，要想将卫星发射到外层轨道，速度必须大于7.9km/s。 总结：人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。
（1）为了节省能量，在赤道上先顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道I上。（2）在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。（3）在B点(远地点）再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ
牢记：第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。
例［多选］如图所示，若关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近，并将与空间站在B处对接，已知空间站绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中正确的是（ ）A. 图中航天飞机正加速飞向B处B. 航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须点火减速C. 根据题中条件可以算出月球质量D. 根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小
第一宇宙速度（环绕速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脱离速度）:
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
近地卫星极地卫星同步卫星
1.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的运行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的线速度比乙的大
3.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
4.如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（ ） A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小
5.［多选］如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点经极短时间点火变速后进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步轨道上的Q点），到达远地点时再次经极短时间点火变速后，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点经极短时间变速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点经极短时间变速后进入同步轨道后的速率为v4。下列关系正确的是（ ）A. v1
1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观。4.了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。
（1）拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？
（2）在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？
（3）是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？
不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。
如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
1.第一宇宙速度的分析与计算
（2）是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s;
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成为卫星的最小发射速度。
因此第一宇宙速度也是卫星的最大环绕速度。
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（逃逸速度）。
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）。
注意：在地面发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，永远离开地球。
（一）人造地球卫星的轨道特点1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
例［多选］有两颗质量相同的人造地球卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（ ）A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
3.人造地球卫星的分类
（1）近地卫星：指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
（2）地球静止轨道卫星的“六个一定”
①轨道平面一定：赤道平面
②周期与角速度一定：T=24h
⑤运转方向一定:自西向东
③轨道半径一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
（3）地球静止轨道卫星的用途：主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。
如图所示，四颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向均为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？
不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，会进入外层轨道；如果减速，则卫星做向心运动，会进入内层轨道。故可以先加速后减速或先减速后加速的办法。
问题（2）：假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要让该卫星进人外层轨道，该如何操作?
在某点瞬间加速，卫星将做离心运动，进入外层轨道后，再减速使卫星在该轨道上做匀速圆周运动。
问题（3）：在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/s
从上面的分析，我们知道，要想将卫星发射到外层轨道，速度必须大于7.9km/s。 总结：人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。
（1）为了节省能量，在赤道上先顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道I上。（2）在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。（3）在B点(远地点）再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ
牢记：第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。
例［多选］如图所示，若关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近，并将与空间站在B处对接，已知空间站绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中正确的是（ ）A. 图中航天飞机正加速飞向B处B. 航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须点火减速C. 根据题中条件可以算出月球质量D. 根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小
第一宇宙速度（环绕速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脱离速度）:
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
近地卫星极地卫星同步卫星
1.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的运行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的线速度比乙的大
3.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
4.如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（ ） A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小
5.［多选］如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点经极短时间点火变速后进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步轨道上的Q点），到达远地点时再次经极短时间点火变速后，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点经极短时间变速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点经极短时间变速后进入同步轨道后的速率为v4。下列关系正确的是（ ）A. v1
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