2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章萬有引力與宇宙航行第4節(jié)宇宙航行(2)課件

萬有引力航天第六章第五節(jié)宇宙航行第六章萬有引力定律的發(fā)現(xiàn),不僅解決了天上行星的運行問題,也為人們開辟了“上天”的理論之路.1957年10月4日,前蘇聯(lián)用三級火箭發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星——“旅行者1號”,人類開始邁入航天時代.2008年9月25日,“神舟七號”飛船成功發(fā)射升空,9月27日下午,翟志剛出艙進(jìn)入太空行走.2013年12月4日,“嫦娥三號”在月球成功實現(xiàn)軟著陸,中華民族古老的“奔月”夢想成為現(xiàn)實.1．牛頓的設(shè)想如圖所示,當(dāng)物體的______________足夠大時,它將會圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地球表面,成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動的______________.人造地球衛(wèi)星初速度

人造地球衛(wèi)星

勻速圓周

萬有引力

宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度______km/s衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做______________的速度第二宇宙速度______km/s使衛(wèi)星掙脫__________引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度______km/s使衛(wèi)星掙脫__________引力束縛的__________地面發(fā)射速度7.9

勻速圓周運動

11.2

地球

16.7

太陽

最小

1957年10月__________成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星；1969年7月美國“阿波羅11號”登上________；2003年10月15日我國航天員__________踏入太空.2008年9月27日我國航天員__________太空行走；2013年6月20日我國航天員__________首次太空授課.夢想成真前蘇聯(lián)

月球

楊利偉

翟志剛

王亞平

2．第二宇宙速度(脫離速度)(1)大小：v2＝11.2km/s(2)物理意義：衛(wèi)星脫離地球引力的束縛,成為繞太陽運動的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度.3．第三宇宙速度(逃逸速度)(1)大?。簐3＝16.7km/s(2)物理意義：衛(wèi)星脫離太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度.特別提醒：(1)第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度,也是最小發(fā)射速度.(2)當(dāng)在地面上以7.9km/s<v<11.2km/s的速度發(fā)射衛(wèi)星時,該衛(wèi)星的軌道是橢圓,地球位于橢圓的一個焦點上.(3)三個宇宙速度分別為在三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度.A．落向地面B．成為地球的同步“蘋果衛(wèi)星”C．成為地球的“蘋果月亮”D．飛向茫茫宇宙答案：D解析：將地球自轉(zhuǎn)角速度ω,蘋果到地心的距離r代入v＝ωr,解得v≈28km/s大于第三宇宙速度16．7km/s,所以D選項正確.二、人造地球衛(wèi)星1．衛(wèi)星的軌道(1)衛(wèi)星繞地球運動的軌道可以是橢圓軌道,也可以是圓軌道.(2)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運行時,地心是橢圓的一個焦點,其周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律.(3)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運行時,由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力,而萬有引力指向地心,所以地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心.(4)三類人造地球衛(wèi)星軌道：A．赤道軌道,衛(wèi)星軌道在赤道所在平面上,衛(wèi)星始終處于赤道上方；B．極地軌道,衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直,衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空；C．一般軌道,衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度.如圖所示.特別提醒：不管衛(wèi)星沿一個什么樣的軌道運動,地心一定處于衛(wèi)星軌道所在的平面上.答案：B三、地球同步衛(wèi)星1．概念相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星,又叫通信衛(wèi)星.2．特點(1)周期一定：它的運動周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期T＝24h.(2)角速度一定：同步衛(wèi)星繞地球運動的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度.(3)軌道一定：所有同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同,即同步衛(wèi)星都在同一軌道上隨地球做勻速圓周運動,其軌道離地面的高度約為3．59×104km.(4)環(huán)繞速度大小一定：所有同步衛(wèi)星繞地球運動的線速度的大小是一定的,約為3．08km/s.(5)向心加速度大小一定：所有同步衛(wèi)星由于到地心距離相同,所以,它們繞地球運動的向心加速度大小都相同,約為0．23m/s2.特別提醒：(1)所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同.(2)所有國家發(fā)射的同步衛(wèi)星的軌道都與赤道為同心圓,它們都在同一軌道上運動且都相對靜止.C．不同衛(wèi)星的軌道半徑都相同,且一定在赤道的正上方,它們以第一宇宙速度運行D．它們可在我國北京上空運行,故用于我國的電視廣播答案：B解析：根據(jù)同步衛(wèi)星的特點知B正確,C、D錯誤.同步衛(wèi)星在萬有引力作用下,繞地心作圓周運動,不是處于平衡狀態(tài),A錯誤.四、衛(wèi)星中的超重與失重1．超重：發(fā)射時加速上升過程；返回大氣層時減速降低過程.2．失重：衛(wèi)星進(jìn)入軌道后,衛(wèi)星本身和其中的人、物都處于完全失重狀態(tài).3．衛(wèi)星中失效的物理儀器：凡工作條件或原理與重力有關(guān)的儀器都不能使用.A．環(huán)繞地球運行時的線速度一定大于7．9km/sB．水滴處于平衡狀態(tài)C．水滴處于超重狀態(tài)D．水滴處于失重狀態(tài)答案：D解析：7．9km/s是衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動的最大速度,所以神州十號飛船的線速度要小于7．9km/s,故A錯誤；水滴隨飛船繞地球做勻速圓周運動,水滴的萬有引力完全用來提供向心加速度,所以水滴與飛船一起處于完全的失重狀態(tài),故B、C錯誤,D正確.宇宙速度答案：(1)8.9m/s2(2)7.3km/s答案：C衛(wèi)星的發(fā)射與變軌問題A．衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度小