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(共29張PPT)
第4節
宇宙航行
人教版（2019）高中物理必修第二冊第七章
萬有引力與宇宙航行
人教版（2019）高中物理必修第二冊第七章
萬有引力與宇宙航行
2021年4月24日，第六個中國航天日如期而至，今年的主題是“揚帆起航
逐夢九天”。
“探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。”（習近平）
2021年2月22日，習近平會見探月工程嫦娥五號任務參研參試人員代表時:同孫家棟、欒恩杰等親切交流。
1.會推導第一宇宙速度，知道三個宇宙速度的含義。
2.了解人造地球衛星的歷史及現狀，認識同步衛星的特點。
3.了解人類對太空的探索歷程和我國載人航天工程的發展。
學習目標
先參觀科技館
聽聽科技輔導員的介紹。
1．第一宇宙速度(環繞速度)
(1)推導：對于近地人造衛星，軌道半徑r近似等于地球半徑R＝6
400
km，衛星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛星在地面上所受的重力，取g＝9.8
m/s2，則
7.9
km/s就是衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。
1．第一宇宙速度(環繞速度)
①由公式知，衛星軌道半徑的最小值是地球半徑R，當半徑r>R,繞行速度v′＜v＝7.9
km/s，所以v＝7.9
km/s是人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動的最大繞行速度。
②當衛星的線速度小于7.9
km/s時，萬有引力大于衛星所需的向心力，衛星將向圓心運動而落回地面。所以，要將衛星送入軌道，必須使發射速度v0≥v＝7.9
km/s，故v＝7.9
km/s是人造衛星的最小發射速度。
對第一宇宙速度(環繞速度)的理解：
行星
衛星
2．第二宇宙速度(脫離速度)
在地面附近發射飛行器，使之能夠脫離地球的引力作用永遠離開地球所需的最小發射速度，稱為第二宇宙速度，其大小為11.2
km/s。
3．第三宇宙速度(逃逸速度)
在地面附近發射飛行器，使之能夠脫離太陽的引力作用飛到太陽系以外所需的最小發射速度，稱為第三宇宙速度，其大小為16.7
km/s。
發射“旅行者”宇宙探測器，需要探測器的速度大于等于第三宇宙速度。
(1)衛星繞地球沿橢圓軌道運行時，地心是橢圓的一個焦點，其周期和半長軸的關系遵循開普勒第三定律。
(2)衛星繞地球沿圓軌道運行時，地心是軌道的圓心。
(3)人造地球衛星的三種軌道：
①赤道軌道，衛星軌道在赤道所在平面上，衛星始終處于赤道上方；
②極地軌道，衛星軌道平面與赤道平面垂直，衛星經過兩極上空；
③一般軌道，衛星軌道和赤道成一定角度。
4．衛星的軌道
例1.已知火星的半徑為R，火星的質量為m火，引力
常量為G，則火星的第一宇宙速度為?
?????????????????.
練習1：我國發射了一顆繞月運行的探月衛星“嫦娥一號”.設該衛星的軌道是圓形的，且貼近月球表面.已知月球的質量約為地球質量的
，月球的半徑約為地球半徑的
，地球的第一宇宙速度約為7.9
km/s，則該探月衛星繞月運行的最大速率約為（
）
A.0.4
km/s
B.1.8
km/s
C.11
km/s
D.36
km/s
B
(1)位于地球赤道上方，相對于地面靜止不動，它的角速度跟地球的自轉角速度相同，廣泛應用于通信，又叫同步通信衛星.
(2)特點
①定周期：所有同步衛星周期均為T＝24
h.
②定軌道：同步衛星軌道必須在地球赤道的正上方，運轉方向必須跟地球自轉方向一致，即由西向東.
5.地球同步衛星
地球
同步衛星
④定速度：由于同步衛星高度確定，則其軌道半徑確定，因此線速度、角速度大小均不變。
⑤定加速度：由于同步衛星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變。
例2：(多選)下列關于同步衛星的說法正確的是（
）
A.一定位于赤道正上空
B.為了避免相撞，應該與其他國家的同步衛星在不同的軌道上運行
C.發射速度小于7.9
km/s
D.運行速度小于7.9
km/s
AD
練習2：如圖3所示，中國北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星導航系統.其中有靜止軌道同步衛星和中軌道地球衛星.已知中軌道地球衛星的軌道高度為5
000～15
000
km，則下列說法正確的是（
）
A.中軌道地球衛星的線速度小于靜止軌道同步衛星的線速度
B.上述兩種衛星的運行速度可能大于7.9
km/s
C.中軌道地球衛星繞地球一圈的時間小于24小時
D.靜止軌道同步衛星可以定位于北京的上空
C
例3：如圖4所示，A為地面上的待發射衛星，B為近地圓軌道衛星，C為地球同步衛星.三顆衛星質量相同，三顆衛星的線速度大小分別為vA、vB、vC，角速度大小分別為ωA、ωB、ωC，周期分別為TA、TB、TC，向心加速度大小分別為aA、aB、aC，則（
）
A.ωA＝ωC<ωB
B.TA＝TCC.vA＝vCD.aA＝aC>aB
圖4
A
練習3：(多選)同步衛星與地心的距離為r，運行速率為v1，向心加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列關系式正確的是（
）
AD
C
當堂練習
2.
(多選)如圖5所示，牛頓在思考萬有引力定律時就曾設想，把物體從高山上O點以不同的速度v水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠.如果拋出速度足夠大，物體就不會落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛星，則下列說法正確的是（
）
A.以v<7.9
km/s的速度拋出的物體可能落在A點
B.以v<7.9
km/s的速度拋出的物體將沿B軌道運動
C.以7.9
km/skm/s的速度拋出的物體可能沿C軌道運動
D.以11.2
km/skm/s的速度拋出的物體可能沿C軌道運動
AC
3．近年來，自然災害在世界各地頻頻發生，給人類帶來巨大損失。科學家們對其中地震、海嘯的研究結果表明，地球的自轉將因此緩慢變快。下列說法正確的是(　　)
A．天宮一號飛行器的高度要略調高一點
B．地球赤道上物體的重力會略變大
C．地球同步衛星的高度要略調低一點
D．地球的第一宇宙速度將略變小
C
4．我國發射的“天宮”一號和“神舟”八號在對接前，“天宮”一號的運行軌道高度為350
km，“神舟”八號的運行軌道高度為343
km.它們的運行軌道均視為圓周，則
(　　)
A．“天宮”一號比“神舟”八號速度大
B．“天宮”一號比“神舟”八號周期長
C．“天宮”一號比“神舟”八號角速度大
D．“天宮”一號比“神舟”八號加速度大
B
5．關于地球同步衛星的說法正確的是(　　)
A．所有地球同步衛星一定在赤道上空
B．不同的地球同步衛星，離地高度不同
C．不同的地球同步衛星的向心加速度大小不相等
D．所有地球同步衛星受到的向心力大小一定相等
A
1、第一宇宙速度：v=7.9km/s
(地面附近、勻速圓周運動）
2、第二宇宙速度：當物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛星就會脫離地球的吸引，不在繞地球運行。
3、第三宇宙速度：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。
V1=7.9km/s
地球
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
課堂小結
超燃！90秒帶你走近中國航天
宇宙浩瀚，星辰璀璨。揚帆起航，逐夢九天。
今年是我國航天事業創建65周年。“東方紅衛星”發射、“神舟飛天”、“嫦娥奔月”、火星探測器升空……65年來，一代代航天人自強不息、接續奮斗，走出了一條中國特色的航天發展道路，建立了航天科研生產體系和系統工程管理體制，造就了一支素質優良技術精湛的人才隊伍，積淀了深厚博大的航天精神和文化。
“兩彈一星”精神、載人航天精神、探月精神、新時代北斗精神……習近平總書記在不同場合頻頻提及的航天精神，猶如璀璨的星辰，激勵著一代代中國人不斷奮進、筑夢太空。
“大鵬一日同風起，扶搖直上九萬里。”在走向太空的道路上，中國航天人的腳步越來越穩、越來越快、越來越遠！
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