高中物理人教版 (2019)必修 第二册宇宙航行集体备课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册宇宙航行集体备课课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了课堂引入，第一宇宙速度，思考与讨论，解读第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度，巨大的挑战，人类首次进入太空，人类登月成功，中国载人航天等内容，欢迎下载使用。
实际上，早在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
算一算：以多大的速度抛出物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（忽略太阳对物体的引力。已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质量M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫作第一宇宙速度（环绕速度）。
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有：
发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。
1.是航天器成为卫星的最小发射速度
2.是卫星的最大环绕速度
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（逃逸速度）。
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（脱离速度）。
六、三个宇宙速度的对比
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，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级火箭研制成功，才为人造地球卫星的发射创造力条件。
一、第一颗人造卫星发射成功
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”被送到了外层空间。这是人类第一次冲破重力的束缚，自由自在地探测宇宙空间。苏联的这一划时代成就当即在西方世界引发了一场“卫星地震”……
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。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
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，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，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。”
四、中国的第一颗人造卫星发射成功
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。东方红一号卫星于1958年提出预研计划，1965年正式开始研制，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。
2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。
七、中国航天之父——钱学森
钱学森，世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，“中国科制之父”和“火箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授。1950年钱学森回国受阻，并受美国方面监禁，1955年，在毛泽东主席和周恩来总理的争取下回到中国。
1.赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
3.任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
2.极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h。
所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。
四、同步卫星的几个定值
主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。
【练习1】2022年10月12日下午，“天宫课堂”第三课在中国空间站问天实验舱开讲。中国航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲演示了微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手等趣味实验。在太空中，水球呈现标准的球形并可以自由地悬浮，这表明水球（　　）A．所受地球引力近似为零B．所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零C．所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等D．随飞船运动所需向心力的大小大于在地球表面上所受引力的大小
【练习2】卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北斗三号”导航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，则该地球静止轨道卫星（　　）A．发射速度一定大于11.2 km/sB．线速度一定小于7.9 km/sC．轨道可能是椭圆D．可以经过苏州正上空
【练习3】（多选）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是（　　）A．第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度B．第一宇宙速度v1=7.9 km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度D．我国发射的“天问一号”火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度
【练习4】不可回收的航天器不再使用后，将成为太空垃圾。处理太空垃圾的方式通常有两种：一种方式是让它们回落地球，并在大气中燃尽；另一种方式是将它们推入更高的轨道，使其远离其它正常运行的卫星。图是在地球附近的太空垃圾示意图，下列说法正确的是（　　）A．离地面越近的太空垃圾运行角速度越小B．离地面越远的太空垃圾运行周期越大C．太空垃圾可能会与同一轨道上同向飞行的航天器相撞D．由于稀薄大气的影响，会使太空垃圾速度减小，轨道半径增大
【练习5】如图所示，有a、b、c、d四颗卫星，a未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b为近地轨道卫星，c为地球同步卫星，d为高空探测卫星，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，重力加速度为g，则下列关于四颗卫星的说法正确的是（　　）A．a卫星的向心加速度等于重力加速度gB．b卫星与地心连线在单位时间扫过的面积等于c卫星与地心连线在单位时间扫过的面积C．b、c卫星轨道半径的三次方与运行周期平方之比相等D．a卫星的运行周期等于d卫星的运行周期