【课件】宇宙航行+课件高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

宇宙航行人教版高中物理必修2第七章万有引力与宇宙航行宇宙航行，探索太空自古以来就是人类的伟大梦想。时至今日，人类发射的各种航天器已几乎深入到太阳系的各个角落，有的甚至已飞出太阳系之外。航天技术也成为一个国家科技发展水平的综合体现，我们国家在航天领域取得了巨大的成就，已成为航天大国，正在向航天强国迈进。本章的标题是“万有引力与宇宙航行”，那么航天活动和万有引力之间有什么联系呢？本节课，我们从运动和受力分析入手，用万有引力定律和牛顿第二定律求解发射航天器所需要的速度。物体在地球附近绕地球运动时，太阳及其他天体的引力作用可以忽略，可认为只受到地球对它的万有引力作用。人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。地球上的物体，发射的速度至少要达到多大才能离开地球进行宇宙航行呢？当卫星在地面附近绕地球运行时，轨道半径为r，地球的质量为m地，物体的质量为m。请推导卫星绕地球运行速度v的表达式。思考与计算解：万有引力提供卫星作圆周运动的向心力。由此解出已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km＝6.4×106m，近地卫星在离地面100—200km的高度飞行，求近地卫星绕地球运行速度v的大小？思考与计算解：近地卫星在100〜200km的高度飞行，远小于地球半径（6400km），可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r。思考与讨论人类发射航天器通常都是依靠火箭技术，由于火箭质量较大，不可能直接飞到很高的高度，通常在飞出大气层之后，在地球表面附近完成“星箭分离”。卫星和火箭完成“星箭分离”时的速度称为“发射速度”。那么在地球表面附近发射卫星时，发射速度至少要达到多少呢？“发射速度”至少为7.9km/s,若，则，卫星将做向心运动，坠回地面，导致发射失败。1、第一宇宙速度（1）定义：物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。v=7.9km/s（2）人造卫星的发射速度与环绕速度①发射速度:指被发射物体在地球表面附近“星箭分离”时的速度。②环绕速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。一、宇宙速度若卫星的发射速度大于7.9km/s，会出现什么情况？7.9km/s7.9km/s<v<11.2km/s椭圆圆思考与讨论若卫星的发射速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s时，它绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。（2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。2、第二宇宙速度（1）当飞行器的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度。v=11.2km/s注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。7.9km/s7.9km/s<v<11.2km/s椭圆圆11.2km/s16.7km/s3、第三宇宙速度v=16.7km/s（1）当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。16.7km/s叫做第三宇宙速度。（2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到很大的速度，所以直到多级火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。开创了人类航天时代的新纪元。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。科学家钱学森被誉为“中国航天之父”为我国航天事业作出特殊贡献。自首颗人造地球卫星发射后，人类已经发射了数千颗人造地球卫星，其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活。1、圆轨道卫星轨道是圆的卫星，圆轨道卫星绕地球做匀速圆周运动。三、人造地球卫星赤道轨道极地轨道倾斜轨道地球同步卫星2、环绕速度圆轨道卫星环绕地球做匀速圆周运动时的速度。三、人造地球卫星r越大，T越大（4）r越大，an越小（1）r越大，v越小（2）r越大，ω越小（3）越高越慢①第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转。“第一宇宙速度是最小发射速度，但同时也是最大环绕速度”如何理解？思考与讨论②由知，卫星轨道半径为r越小，v环绕越大，第一宇宙速度是卫星在地球表面附近绕地球运行时的速度，r≈R，所以v环绕最大。即第一宇宙速度是最大环绕速度。第一宇宙速度即是最小发射速度，也是最大环绕速度。由知：高轨道上运行的卫星，线速度小，是否意味着发射高轨道卫星比发射低轨道卫星要容易呢？思考与讨论高轨道卫星的发射通常要多次进行变轨，在地球表面附近发射时，速度要大于第一宇宙速度（小于第二宇宙速度），成为椭圆轨道卫星，到达远地点时再进行变轨，成为高轨卫星，轨道越高，所需要的发射速度越大。所以第一宇宙速度是最小发射速度。3、两种特殊的圆轨道卫星（1）近地卫星：在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，轨道半径约等于地球半径。特点：①②③④三、人造地球卫星（2）地球同步卫星：地球同步卫星位于赤道上方高度约36000km处，因相对地面静止，也称静止卫星。特点：①轨道一定：同步卫星轨道必须在赤道上空；②高度一定:r=4.2×104km，h=3.6×104km③周期一定：T=24h=86400s；④角速度一定；⑤速率一定：v=3.1km/s；⑥向心加速度一定。三、人造地球卫星4.卫星的变轨发射ⅠⅡⅢAB（1）变轨发射过程①利用火箭将卫星送至近地轨道，以速度v1发射后，沿轨道Ⅰ匀速圆周运动。②在A点点火加速，速度变为vA，开始离心运动，沿椭圆轨道Ⅱ运动至远地点B，从A到B速度逐渐减小，至B点时速度为vB。③在B点点火加速到适当速度（v3）后，卫星沿轨道Ⅲ运动，成为圆轨道卫星。4.卫星的变轨发射ⅠⅡⅢAB（3）加速度关系：①在轨道Ⅰ上经过A点时的加速度和在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度相等。②在轨道Ⅱ上经过B点时的加速度和在轨道上Ⅲ经过B点时的加速度相等。（2）速度关系：四、载人航天与太空探索1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类进入太空的梦想。1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗踏上月面并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。““中国航天日”，是为了纪念中国航天事业成就，发扬中国航天精神而 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 设立的一个纪念日。2016年3月8日，国务院批复同意自2016年起，将每年4月24日设立为“中国航天日”。“中国航天日”为每年的4月24日，是因为1970年的这一天，长征一号火箭将我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”送入太空，拉开了中华民族进军太空的序幕。我国的航天成就1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空长征—系列火箭2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2003年10月15日神舟五号中国第一位航天员杨利伟中国载人航天2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏2012年6月16日神舟九号景海鹏刘洋刘旺聂海胜张晓光王亚平2013年6月11日神舟十号中国空间站载人空间站命名为"天宫"，货运飞船命名为"天舟"。中国载人空间站整体名称及各舱段和货运飞船共5个名称具体如下：载人空间站命名为"天宫"，代号"TG"；核心舱命名为"天和"，代号"TH"；实验舱Ⅰ命名为"问天"，代号"WT"；实验舱Ⅱ命名为"梦天"，代号"MT"；货运飞船命名为"天舟"，代号"TZ"。中国探月工程嫦娥一号嫦娥二号嫦娥三号嫦娥四号--玉兔号月球车嫦娥五号--实现月壤采集带回