資源簡介

(共30張PPT)
第4節
宇宙航行
第七章
萬有引力與宇宙航行
2020-2021學年度人教版高中物理必修2
從嫦娥奔月到萬戶飛天，從阿波羅11號登月到天問一號的火星之旅，人類一直在為“飛天”夢想努力著。
導入新課
實際上，早在
1687
年出版的《自然哲學的數學原理》中，牛頓就設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛星。
A
v
導入新課
一、宇宙速度
思考：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？
（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的速度，
叫作第一宇宙速度（環繞速度）。
講授新課
物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動時，可近似認為向心力是由重力提供的，有：
一、宇宙速度
發射衛星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發射速度需要增加。
1.是航天器成為衛星的最小發射速度
2.是衛星的最大環繞速度
第一宇宙速度v1=7.9km/s
一、宇宙速度
理論研究指出，在地面附近發射飛行器，如果速度大于
7.9
km/s，又小于
11.2
km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于
11.2
km/s
時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。我們把
11.2
km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
第二宇宙速度v2=11.2km/s
一、宇宙速度
達到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于
16.7
km/s，
這個速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。
第三宇宙速度v3=16.7km/s
一、宇宙速度
三個宇宙速度
一、宇宙速度
嫦娥5號
天問一號
二、人造衛星
1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛星“東方紅1號”發射成功。
1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛星發射成功。
二、人造衛星
錢學森，世界著名科學家，空氣動力學家，中國載人航天奠基人，“中國科制之父”和“火箭之王”，由于錢學森回國效力，中國導彈、原子彈的發射向前推進了至少20年。
曾任美國麻省理工學院和加州理工學院教授。1950年錢學森回國受阻，并受美國方面監禁，1955年，在毛澤東主席和周恩來總理的爭取下回到中國。
中國航天之父
中國航天之父：錢學森（1911.12.11－2009.10.31）
人造地球衛星的軌道
衛星繞地球做勻速圓周運動時，由地球對它的萬有引力充當向心力。因此衛星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合，其軌道可分為三類：
1.赤道軌道：衛星的軌道與赤道共面，衛星始終處于赤道正上方。
3.任意軌道：衛星的軌道與赤道平面成某一角度。
2.極地軌道：衛星的軌道與赤道平面垂直，衛星經過兩極上空。
人造地球衛星的運行參量
1、近地衛星：
指衛星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。
人造地球衛星的分類
2、同步衛星：指相對于地面靜止的人造衛星，它跟著地球做勻速圓周運動，周期T=24h
（1）所有的同步衛星只能分布在赤道正上方的一個確定軌道，即同步衛星軌道平面與赤道平面重合。
人造地球衛星的分類
（2）同步衛星的“六個一定”
①軌道平面一定：赤道平面
②周期與角速度一定：T=24h
⑤運轉方向一定:自西向東
③軌道半徑一定:r=6.6R
④速度大小一定:v=3.08km/s
⑥向心加速度的大小一定:
人造地球衛星的分類
（3）同步衛星的用途：
主要用于通信，故也稱通信衛星。3顆同步衛星可實現全球覆蓋,為了使同步衛星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛星。截止2012年，已發射100多顆。
人造地球衛星的分類
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分鐘
同步衛星
近地衛星
月球
人造衛星與月球參數
近地衛星、同步衛星與赤道上物體的比較
近地衛星、同步衛星與赤道上物體的比較
1.
發射和回收階段
發射
加速上升
超重
回收
減速下降
超重
2.
沿圓軌道正常運行
只受重力
a
=
g
完全失重
與重力有關的現象全部消失
天平
彈簧秤測重力
液體壓強計
人造衛星的超重和失重
1961年4月12日，蘇聯航天員加加林進入了東方一號載人飛船。火箭點火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時108
min，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類首次進入太空的豐碑。
載人航天與太空探索
1969年7月16日9時32分，運載阿波羅11號飛船的土星5號火箭在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日下午10時56分，指揮長阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出了那句載入史冊的名言：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍。”
載人航天與太空探索
2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標志著中國成為世界上能夠獨立開展載人航天活動的國家。在載人航天方面，繼神舟五號之后，截至2017年底，我國已經將11名(14人次)航天員送入太空，包括兩名女航天員。
載人航天與太空探索
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視頻學習：嫦娥五號任務全過程
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視頻學習：天問一號任務全過程
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（環繞速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脫離速度）:
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
同步衛星
第一宇
宙速度
最小發射速度
最大運行速度
定義：相對于地面靜止的，跟地球自轉同步的衛星，同步衛星也叫通訊衛星。
特點：六個一定
載人航天與太空探索
課堂小結
謝謝聆聽

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