资源简介

(共38张PPT)
4. 宇宙航行
神州十六号飞船发射成功
1.会计算人造地球卫星的环绕速度。
2.知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 。
1.了解人造卫星的有关知识。会解决涉及人造卫星的简单问题。 (物理观念)
2.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。
（科学思维）
3.通过实例，了解人类对太空的探索历程。（科学态度与责任）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
牛顿的人造卫星原理图
一、宇宙速度
问题1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化
物体的落地点逐渐变远
问题2：抛出物体初速度满足什么条件时将不再落回地面而环绕地球做匀速圆周运动呢？
可得
当物体做匀速圆周运动时，地球对物体的万有引力恰好提供向心力，即满足：
问题3：已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km，这个速度多大呢？
问题4：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2 ，地球半径R=6400km,能否计算物体恰好绕地球做匀速圆周运动的速度呢？请尝试。
物体恰好绕地球做匀速圆周运动时，万有引力等于重力提供物体圆周运动的向心力
可得
探究结论：卫星发射成功的最小速度为
1.第一宇宙速度（v=7.9km/s）：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。
向高轨道发射卫星与发射低轨道卫星相比较，哪个需要的发射速度大？为什么？
结论：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度。
高轨道卫星与低轨道卫星相比
哪个运行速度大？为什么
【互动探究】
探究结论：
第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。
2.第二宇宙速度（大小：v=11.2km/s）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
3.第三宇宙速度（大小：v=16.7km/s）：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外。
【例1】
发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:由万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力得
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
它的轨道速度是第一宇宙速度的0.5倍
【例2】A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的最小发射速度约为多少？
解:由
由
得
二、人造地球卫星
人造地球卫星运动
（匀速圆周运动）
万有引力提供向心力
表达式：
其中：
地球
【探究归纳】
1.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？
人造卫星运行的动力学方程（r—v—ω—T）
探究结论：“越高越慢”三个名称中带“速度”的物理量随半径的增大而减小，周期随半径的增大而增大。
2.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。
【互动探究】若卫星做圆周运动，有没有不以地心为圆心的卫星轨道呢？
没有，卫星靠万有引力提供向心力，而万有引力指向地心，故轨道圆心一定与地心重合。
（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）地球同步卫星（通讯卫星）
地球同步卫星：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，又叫通讯卫星。
同步卫星的特点
①同步卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期为24h。
②同步卫星运行方向与地球自转的方向相同。
③同步卫星只能运行于赤道上方固定高度上，且其周期、角速度、线速度、向心加速度均为定值。
h
【例3】求同步卫星离地面的高度。
【拓展思考】
地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h处？
【探究归纳】至少需要3颗。
探究：要想使同步卫星信号能够覆盖完整个赤道，
至少需要多少颗同步卫星？
人造卫星与月球参数对比
h=3.6××107m
r=4.2××107m
v=3.08km/s
T=24h
h=3.8××108m
r≈3.8××108m
v=1km/s
T=27.3天
h≈0
r=6.4××106m
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
三种不同轨道卫星的参数对比
三种不同轨道卫星的参数对比
【例4】(2020·天津等级考)北斗问天,国之夙愿。我国北斗
三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星,其轨道半径约为地
球半径的7倍。与近地轨道卫星相比,地球静止轨道卫星(　　)
A
A.周期大　　　　 B.线速度大
C.角速度大 D.加速度大
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。
三、载人航天与太空探索
2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。
无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。
这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。
1992年，中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日9时，我国“神舟五号”宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功。
2008年9月25日神舟七号
翟志刚、刘伯明、景海鹏。
神舟八号
神舟九号
神舟十号
爱因斯坦曾说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。你想加入破解它的行列吗？
神州十一号
北斗导航系统
三大宇宙速度
第三宇宙速度：
v=16.7km/s
离开太阳
奔向远方
第一宇宙速度：
v=7.9km/s
近地环绕的线速度
最小发射速度
最大环绕速度
第二宇宙速度：
v=11.2km/s
离开地球
奔向太阳
同步卫星
周期一定：T=24h
轨道平面一定：与赤道平面共面
高度一定：离地面高度h≈6R
1.(2023·新课标卷)2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5800kg的物资进入距离地面约400km（小于地球同步卫星与地面的距离）的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资（　　）
A. 质量比静止在地面上时小
B. 所受合力比静止在地面上时小
C. 所受地球引力比静止在地面上时大
D. 做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大
D
2.根据宇宙大爆炸理论，密度较大区域的物质在万有引力作用下，不断聚集可能形成恒星。恒星最终的归宿与其质量有关，如果质量为太阳质量的倍将坍缩成白矮星，质量为太阳质量的倍将坍缩成中子星，质量更大的恒星将坍缩成黑洞。设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布的球体，质量不变，体积缩小，自转变快．不考虑恒星与其它物体的相互作用．已知逃逸速度为第一宇宙速度的倍，中子星密度大于白矮星。根据万有引力理论，下列说法正确的是（ ）
A. 同一恒星表面任意位置的重力加速度相同
B. 恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大
C. 恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变
D. 中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度
B
3.（2022·广东选择考）“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是（　　）
A. 火星公转的线速度比地球的大 B. 火星公转的角速度比地球的大
C. 火星公转的半径比地球的小 D. 火星公转的加速度比地球的小
D

BD
5.根据下列情形,写出金星第一宇宙速度的表达式:
(1)已知金星的质量M和它的半径R.
(2)已知金星表面自由落体的加速度g和它的半径R.
答案：(1)
(2)
只有在人群中间，才能认识自己。
名言警句

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