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§4 宇宙航行
高一物理（人教版2019）
必修 第二册
第七章 万有引力与宇宙航行
古老的飞天梦想：
嫦娥奔月
敦煌飞天壁画
万户飞天
新课引入
复习与回顾：在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？
如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？
新课引入
牛顿的猜想
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢
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。
新课引入
如果把拱桥半径增大，增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？
复习与回顾：
新课引入
一、宇宙速度
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？
新课讲授
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度 g，如何求宇宙第一速度 v ？
由
则
新课讲授
3. 第一宇宙速度：
新课讲授
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)
(2)公式：
(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
新课讲授
v＝7.9 km/s是最大环绕速度
(3)第一宇宙速度的理解：
新课讲授
4. 第二宇宙速度：
一、宇宙速度
新课讲授
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。
5. 第三宇宙速度：
一、宇宙速度
新课讲授
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。
二、人造地球卫星
1.我国的发射的卫星
新课讲授
东方红1号卫星
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，开创了中国航天史的新纪元。
二、人造地球卫星
墨子号量子卫星
北斗导航卫星
1.我国的发射的卫星
新课讲授
二、人造地球卫星
2.不同轨道的地球卫星
新课讲授
3.卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引 = F向
4.卫星的动力学方程 ( r – v – ω – T 的关系 )
r
R
二、人造地球卫星
新课讲授
5.地球同步卫星
二、人造地球卫星
新课讲授
(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；
5.地球同步卫星
二、人造地球卫星
新课讲授
(2)特点：六个“一定”
④轨道平面一定：所有的同步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。
三、载人航天与太空探索
1.世界其他国家的太空探索历史
新课讲授
苏联东方一号载人飞船进入太空
美国阿波罗登月
2003年10月15日9时，我国神州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。
新课讲授
三、载人航天与太空探索
2.我国的载人航天和太空探索
三、载人航天与太空探索
天和号太空舱
嫦娥五号
2.我国的载人航天和太空探索
新课讲授
天问一号火星探测器
新课讲授
三、载人航天与太空探索
2.我国的载人航天和太空探索
1．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（　　）
A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做圆周运动的最大速度
C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度
D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的
B
课堂练习
课堂练习
2．我国在轨运行的气象卫星有两类，如图所示，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12h，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24h。下列说法正确的是（ ）
A．“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B．“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度
C．“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D．“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
AB
课堂练习
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CD
课堂练习
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AD
课堂练习
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