《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第7章万有引力与宇宙航行4宇宙航行课件新人教版必修第二册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第7章万有引力与宇宙航行4宇宙航行课件新人教版必修第二册（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章万有引力与宇宙第七章万有引力与宇宙航行航行4宇宙航行宇宙航行课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随堂随堂训练素养目标定位目目标素素养养1.了解人造地球卫星的最初构想了解人造地球卫星的最初构想,会推导第一宇宙速度。会推导第一宇宙速度。2.知道同步卫星和其他卫星的区别知道同步卫星和其他卫星的区别,会分析人造地球卫星的运会分析人造地球卫星的运动情况和受力情况。动情况和受力情况。3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。了解发射速度与环绕速度的区别和联系。4.了解宇宙航行的历程了解宇宙航行的历程,感受人类对自然界的探索精神。感受人类对自然界的探索精神。知知识概概览课前基础认
2、知一、一、宇宙速度宇宙速度 微微判断判断1.发射人造地球卫星需要足够大的速度。发射人造地球卫星需要足够大的速度。()2.绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s。()3.在地面上发射人造地球卫星的最小速度是在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9km/s。()4.要发射一颗人造月球卫星要发射一颗人造月球卫星,在地面的发射速度应大于在地面的发射速度应大于16.7km/s。()二、人造地球卫星二、人造地球卫星1.人造地球卫星的发射及原理。人造地球卫星的发射及原理。(1)牛顿设想。牛顿设想。当物体被抛出的当物体被抛出的速度速度足够大足够大时时,它将围
3、绕它将围绕地球地球运动运动而不再落回地面而不再落回地面,成成为为一颗人造地球卫星一颗人造地球卫星(如图甲所示如图甲所示)。(2)发射过程简介。发射过程简介。如图乙所示如图乙所示,发射人造地球卫星发射人造地球卫星,一般使用三级火箭一般使用三级火箭。2.动力学特点。动力学特点。一般情况下可认为人造卫星绕地球做一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周匀速圆周运动运动,其其向心力由地球对它的向心力由地球对它的万有引力万有引力提供。提供。3.人造地球卫星。人造地球卫星。(1)1957年年10月月4日日,世界上世界上第一颗人造地球卫星发射成第一颗人造地球卫星发射成功。功。(2)1970年年4月月24日日,
4、我国第一颗人造地球卫星我国第一颗人造地球卫星“东方红东方红1号号”发射成功发射成功,开创了中国航天史的新纪元。为我国航天事业作开创了中国航天史的新纪元。为我国航天事业作出特殊贡献的科学家出特殊贡献的科学家钱学森钱学森被誉为被誉为“中国航天之父中国航天之父”。(3)地球静止卫星位于地球静止卫星位于赤道赤道上方高度约上方高度约36000km处处,与地面相对静止。地球同步卫星的运行周期与地球自转与地面相对静止。地球同步卫星的运行周期与地球自转周期周期相同相同。微微思考思考 在在地球的周围地球的周围,有许多卫星在不同的轨道上绕地球有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动转动,请思考请思考:这些卫星的轨道平面
5、有什么特点这些卫星的轨道平面有什么特点?这些这些卫星卫星的线速度、角速度、周期跟什么的线速度、角速度、周期跟什么因因素素有关呢有关呢?提示提示:这些卫星的轨道平面都通过地心这些卫星的轨道平面都通过地心;卫星卫星的线速度、角速度、周期都跟的线速度、角速度、周期都跟卫星卫星的的轨道半径有关。轨道半径有关。三、载人航天与太空探索三、载人航天与太空探索1969年年7月月,美国阿波罗美国阿波罗11号登上号登上月球月球。2003年年10月月15日日,我国航天员我国航天员杨利伟杨利伟踏入太空。踏入太空。2021年年4月月29日日,具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功发射。
6、发射。2022年年12月月3日日,中国航天员乘组完成首次在轨交接中国航天员乘组完成首次在轨交接,中中国空间站正式开启长期有人驻留模式国空间站正式开启长期有人驻留模式。在在我国的探月工程与深空探测任务中我国的探月工程与深空探测任务中:2020年年12月月1日日,嫦娥五号着陆于月球的天船基地嫦娥五号着陆于月球的天船基地,共获取月共获取月球样品球样品1731g,成为人类历史上无人自动采集月球样品最多成为人类历史上无人自动采集月球样品最多的一次。的一次。2021年年5月月15日日,天问一号探测器着陆火星。天问一号探测器着陆火星。课堂重难突破一一第一宇宙速度第一宇宙速度的理解和相关的理解和相关计算算重难
7、归纳1.计算方法。计算方法。对于近地人造卫星对于近地人造卫星,轨道半径轨道半径r近似等于地球半径近似等于地球半径R=6400km,卫卫星在轨道处所受的万有引力提供向心力星在轨道处所受的万有引力提供向心力,万有引力近似等于卫星万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力在地面上所受的重力,g取取9.8m/s2,则则2.决定因素决定因素:由第一宇宙速度的计算式由第一宇宙速度的计算式v=可以可以看出看出,第第一宇宙速度的值由中心天体决定一宇宙速度的值由中心天体决定,第一宇宙速度的大小取决第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量于中心天体的质量m0和半径和半径R,与卫星无关。与卫星无关。3.对发射速度和环绕速
8、度的理解。对发射速度和环绕速度的理解。(1)“最小发射速度最小发射速度”:向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难星困难,因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是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而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度宇宙速度,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。假设某航天员在一星球上以速率假设某航天员在一星球上以速率v竖直上抛一物体竖直上抛一物体,经时间经时间t后后,物体以速率物体以速率v落回手中。已知该星球的半径
9、为落回手中。已知该星球的半径为R,试求该试求该星星球的球的第一宇宙速度。第一宇宙速度。典例剖析【例【例1】若取地球的第一宇宙速度为若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某行星质量是某行星质量是地球的地球的6倍倍,半径是地球的半径是地球的1.5倍倍,此行星的第一宇宙速度约此行星的第一宇宙速度约为为()A.16km/sB.32km/sC.4km/sD.2km/s答案答案:A解析解析:第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,对于近地卫星对于近地卫星,其轨其轨道半径近似等于星球半径道半径近似等于星球半径,所受万有引力提供其做匀速圆周运动所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力的
10、向心力,根据万有引力定律和牛顿第二定律得根据万有引力定律和牛顿第二定律得规律总结规律总结 (1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度。三种宇宙速度均指在地球上的发射速度。(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度度,也是卫星的最小发射速度。也是卫星的最小发射速度。(3)轨道半径越大的卫星轨道半径越大的卫星,其运行速度越小其运行速度越小,但其地面发射速但其地面发射速度越大。度越大。学以致用C解析解析:由第一宇宙速度公式可知由第一宇宙速度公式可知,二二人造人造卫星星和同步和同步卫星星问题重难归纳1.人造地球卫星的轨道。人造地球卫星的轨道。
11、(1)椭圆轨道椭圆轨道:地心位于椭圆的一个焦点上。地心位于椭圆的一个焦点上。(2)圆轨道圆轨道:卫星绕地球做匀速圆周运动卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星所需的向心力卫星所需的向心力由万有引力提供由万有引力提供,由于万有引力指向地心由于万有引力指向地心,所以卫星的轨道圆所以卫星的轨道圆心必然是地心心必然是地心,即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。做匀速圆周运动。(3)卫星的三种轨道卫星的三种轨道:地球卫星的轨道平面与赤道平面成一地球卫星的轨道平面与赤道平面成一定角度的一般轨道定角度的一般轨道;轨道平面与赤道平面重合的赤道轨道轨道平面与赤道平面
12、重合的赤道轨道;轨轨道平面与赤道平面垂直道平面与赤道平面垂直,即通过极点的极地轨道即通过极点的极地轨道,如图所示。如图所示。2.地球同步卫星。地球同步卫星。(1)概念概念:位于地面上方高度约位于地面上方高度约36000km处处,周期与地球自转周期与地球自转周期相同的卫星叫作地球同步卫星。周期相同的卫星叫作地球同步卫星。(2)同步卫星的三个同步卫星的三个“一定一定”。(3)静止卫星。静止卫星。地球同步卫星中有一种卫星的轨道平面与赤道平面成地球同步卫星中有一种卫星的轨道平面与赤道平面成0度度角角,运动方向与地球自转方向相同运动方向与地球自转方向相同,相对地面静止。相对地面静止。世界各国的同步卫星都
13、在同一轨道上吗世界各国的同步卫星都在同一轨道上吗?它们做圆周运动它们做圆周运动的向心力一定相同吗的向心力一定相同吗?提示提示:不都在同一轨道上不都在同一轨道上;向心力不一定相同向心力不一定相同,各国的同步卫各国的同步卫星质量不一定相同星质量不一定相同,受到的万有引力大小不一定相等。受到的万有引力大小不一定相等。典例剖析【例【例2】(多选多选)如图所示如图所示,赤道上随地球自转的物体赤道上随地球自转的物体A、赤道、赤道上空的近地卫星上空的近地卫星B、静止卫星、静止卫星C,它们的运动都可视为匀速圆它们的运动都可视为匀速圆周运动周运动,比较三个物体的运动情况比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是以
14、下判断正确的是()A.三者的周期关系为三者的周期关系为TATBaBaCC.三者角速度的大小关系为三者角速度的大小关系为A=CBD.三者线速度的大小关系为三者线速度的大小关系为vAvCvB答案答案:CD解析解析:因为静止卫星转动周期与地球自转周期相同因为静止卫星转动周期与地球自转周期相同,故故TA=TC,选项选项A错误。因为静止卫星的周期和地球自转周期相错误。因为静止卫星的周期和地球自转周期相同同,故故A=C,根据根据a=r2知知,A和和C的向心加速度大小关系为的向心加速度大小关系为aAa1a3B.a3a2a1C.a3a1a2D.a1a2a3D号号”卫星与地球自转的角速度相等卫星与地球自转的角速
15、度相等,由于由于“东方红东方红2号号”做圆周做圆周运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径,根根据据a=2r,故故a2a3,所以所以a1a2a3,选项选项D正确正确,A、B、C错误。错误。随堂训练1.某火星探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整某火星探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星。火星探测器的发射速度轨道飞向火星。火星探测器的发射速度()A.等于等于7.9km/sB.大于大于16.7km/sC.大于大于7.9km/s且小于且小于11.2km/sD.大于大于11.2km/s且小于且小于16.7km/s答案答案
16、:D解析解析:第一宇宙速度为第一宇宙速度为7.9km/s,第二宇宙速度为第二宇宙速度为11.2km/s,第第三宇宙速度为三宇宙速度为16.7km/s,由题意可知由题意可知,火星探测器的发射速度火星探测器的发射速度大于大于11.2km/s且小于且小于16.7km/s,选项选项D正确。正确。2.(多选多选)如图所示的圆如图所示的圆1、2、3,其圆心均在地球自转轴线上其圆心均在地球自转轴线上,2、3的圆心与地心重合的圆心与地心重合,2所在平面与地球自转轴线垂直所在平面与地球自转轴线垂直,对环对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言绕地球做匀速圆周运动的卫星而言()A.卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为1B.卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为2C.卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为3D.静止卫星的轨道一定为与静止卫星的轨道一定为与2共面的共面的某某一同心圆一同心圆答案答案:BCD解析解析:物体做匀速圆周运动时物体做匀速圆周运动时,物体所受的物体所受的合力合力方向一定要指方向一定要指向圆心向圆心,对于环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言对于环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言,所受的万所受的万有引力指向地心有引力指
