高中物理宇宙航行.PPT
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人教版高中物理 宇宙航行 ppt课件
重力、万有引力与向心力的关系
mg0 F引 Fn
FN F引 F引 FN
• 地球表面的物体
（与地球具有相同的ω）
• 两极的物体： • 赤道上的物体：
即：
即：
• 近地卫星：
• 人造地球卫星：
14\15
• 例:设同步卫星离地心距离为r，运行速率为 v1，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球 自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2， 地球半径为R，则( ) AD
30π/GT 2
• 2、如果地球自转加快，地球赤道上物体的重 量将发生怎样的变化？ 减小 当自转周期等于多少时可使赤道上的物体 飘起来？
1.4小时
连续物或卫星群的判断问题
• 例：根据观察，在土星外层有一个环带，该环带 有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续 物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度v与该 层到土星中心的距离R之间的关系，从而加以确定。 对此下列判断正确的是：（ AD） A.若v与R成正比，则环带是连续物 B.若v与R成正比，则环带是小卫星群 C.若v与R成反比，则环带是连续物 D.若v与R成反比，则环带是小卫星群
_____________________________________________
宇宙航行
内 容
• 一、卫星在轨稳定运行 • 二、宇宙速度 • 三、卫星变轨问题
三、变轨问题
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其
在高轨道上运行，应采取什么措施？ 在低轨道上加速，使其 沿椭圆轨道运行，当行 至椭圆轨道的远点处时 再次加速，即可使其沿 高轨道运行。………..
发射 ① 近 地 变 轨
②
③
转移轨道
⑤
⑦
⑧ ⑥
④
高中物理课件-第五节 宇宙航行
地球
V1=7.9km/s
v2 11.2km/ s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s
二 人造地球卫星 1.人造地球卫星的轨道:人造地球卫星的轨道 可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。 (1)椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上。 (2)圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫 星所需的向心力由万有引力提供，由于万有引 力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心， 即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做 匀速圆周运动。
GM
G
Mm r2
ma
a
GM r2
结论 r越大,v越小 r越大,ω越小 r越大,T越大 r越大,a越小
三、卫星
1.什么是卫星?
以地心为圆心,绕地球做圆周运动的物
c
体，
地球的引力提供做圆周运动的向心力。
b
2.什么是近地卫星?
1）.定义：卫星的运行轨道半径近似等于
a
地球的半径。
2）特点： 最大的运行周期为84.3min
不同的卫星，它们的F向是一定的吗?
一.牛顿的思考与设想：
1. 抛出的石头会落地，为什么月
亮没有落下来?
2.月亮没有落下来必须具备什么条件？
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度） 人造卫星
v1
GM 7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
(3)卫星的三种轨道：地球卫星的轨道平面可以 与赤道平面成任意角度，当轨道平面与赤道平面 重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面 垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示。
高中物理 《宇宙航行》PPT
需要了解的常识
• 地球自转周期24小时 • 月球地球转动周期27.3天 • 月球质量为地球质量的1/81 • 月球间距为地球半径的60倍 • 月球表面重力加速度为地球表面重力加速度
的1/6 • 日地间距r=8min×c
小结：
卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由
万有引力提供的． 三种宇宙速度：
卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、 气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、 预警卫星和测地卫星等种类． 飞 行
二、人造卫星
F r
G m r2
RH
ma
m v2 r
m 2r
m 4 2
T2
r
GM gR 2 (g为地球表面重力加速度)
地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．
推导1：设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运
动的飞行器的质量为m，飞行器的速度为v，它到地心 的距离为r.飞行器运动所需的向心力由万有引力提供
Mm v 2
v GM r
G m
r2
r
近地卫星在100—200km的高度飞 行，与地球半径6400km相比，完全 可以说是在地面附近飞行，可以用地 球半径R代表卫星到地心的距离r，地
如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫 星将落到地面而不能绕地球运转；
等于这个速度卫星刚好能在地球表面附 近作匀速圆周运动；
如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s， 卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就 成为椭圆轨道的一个焦点．
２、第二宇宙速度（脱离速度）
v2=11.2 km/s
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太 阳运行的人造行星的最小发射速度．
（4）覆盖全球至少需要三颗同步卫星
新人教版高中物理必修二第六章第五节宇宙航行课件 (共51张PPT)
4．梦想成真． 1957 年 10 月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星． 1969 年 7 月，美国“阿波罗 11 号”登上月球． 2003 年 10 月 15 日，我国航天员杨利伟踏入太空． 2010 年 10 月 1 日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发 射成功． 2013 年 6 月 11 日，我国的“神舟十号”飞船发射成 功．
结合选项 C 知选项 D 错误．本题正确选项为 A、B、 C.
答案：ABC
2．(多选)三颗人造地球卫星 A、B、C 绕地球做匀速 圆周运动，如图所示，已知 mA＝mB＜mC，则对于三颗卫 星，正确的是( )
A．运行线速度关系为 vA＞vB＝vC B．运行周期关系为 TA＜TB＝TC
C．向心力大小关系为 FA＝FB＜FC D．半径与周期关系为RT2A3A＝RT2B3B＝RT2C3C 解析：由 GMr2m＝mvr2得 v＝ GrM，所以 vA＞vB＝
1.第一宇宙速度的理解. 2.人造卫星的线速度、角 速度、周期与半径的关 系.
知识点 宇宙航行
提炼知识 1．牛顿的“卫星设想”． 如图所示，当物体的初速度足够大时， 它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为 一颗绕地球转动的人造卫星．
2．原理． 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周 运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即 GMr2m＝_m_v_r2，
1．人造卫星的 an、v、ω、T 由地球的质量 M 和卫星 的轨道半径 r 决定，当 r 确定后，卫星的 an、v、ω、T 便 确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，当人造卫星的 轨道半径 r 发生变化时，其 an、v、ω、T 都会随之改变．
2．在处理人造卫星的 an、v、ω、T 与半径 r 的关系 问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出地球的质量 M， 会使问题解决起来更方便．
人教版物理高中必修二《宇宙航行》课件(共14张PPT)
7
1883年，俄国学者 齐奥尔科夫斯基提出使 用火箭发射宇宙飞船的 设想。
8
梦 想 成 真
9
神舟六号载人航天 飞行圆满成功
10
关于地球同步卫星
对同步卫星有 什么要求？
半径 r
周期T
运行速度 V
轨道面
绕行方向
11
关于卫星
所有卫星都在以地心为 圆心的圆（或椭圆）轨 道上
12
卫星图片
13
1
牛顿对人造地 球卫星的设想 抛出速度很大 时，物体就不 会落回地面
思考:这个速度至少多大？
2
请你推导
人造地球卫星绕地球做匀速 圆周运动，它需要的向心力 是由谁提供的？请你用学过 的知识推出卫星在轨道上运 动速度的表达式。
3
V GM r
r=R+h 近地卫星: R>>h
V=7.9km/s
4
V=7.9km/s就是物体 在地面附近绕地球做 匀速圆周运动的速度, 叫做第一宇宙速度。
5
在地面附近发射飞行器,发射 速度等于或大于11.2km/s,它 就会克服地球引力,永远离开 地球。11.2km/s叫做第二宇 宙速Байду номын сангаас。 若7.9km/s<v<11.2km/s呢?
6
在地面附近发射物体,速度 等于或大于16.7km/s,它就 会挣脱太阳引力的束缚,飞 到太阳系之外。16.7km/s 叫做第三宇宙速度。
1883年，俄国学者 齐奥尔科夫斯基提出使 用火箭发射宇宙飞船的 设想。
8
梦 想 成 真
9
神舟六号载人航天 飞行圆满成功
10
关于地球同步卫星
对同步卫星有 什么要求？
半径 r
周期T
运行速度 V
轨道面
绕行方向
11
关于卫星
所有卫星都在以地心为 圆心的圆（或椭圆）轨 道上
12
卫星图片
13
1
牛顿对人造地 球卫星的设想 抛出速度很大 时，物体就不 会落回地面
思考:这个速度至少多大？
2
请你推导
人造地球卫星绕地球做匀速 圆周运动，它需要的向心力 是由谁提供的？请你用学过 的知识推出卫星在轨道上运 动速度的表达式。
3
V GM r
r=R+h 近地卫星: R>>h
V=7.9km/s
4
V=7.9km/s就是物体 在地面附近绕地球做 匀速圆周运动的速度, 叫做第一宇宙速度。
5
在地面附近发射飞行器,发射 速度等于或大于11.2km/s,它 就会克服地球引力,永远离开 地球。11.2km/s叫做第二宇 宙速Байду номын сангаас。 若7.9km/s<v<11.2km/s呢?
6
在地面附近发射物体,速度 等于或大于16.7km/s,它就 会挣脱太阳引力的束缚,飞 到太阳系之外。16.7km/s 叫做第三宇宙速度。
《高一物理宇宙航行》课件
空间站
解释空间站的功能和国际空间站 的建设。
月球车
讨论月球车在月球探索中的重要 作用。
宇宙航行的原理与实践
引力和运动定律
解释宇宙中的引力和运动定 律对宇宙航行的影响。
航天器设计
介绍航天器的不同部分和设 计原理。
航天员训练
阐述航天员训练的内容和重 要性。
未来的宇宙探索计划
1
宙的探索计划。
《高一物理宇宙航行》 PPT课件
本课件将介绍物理宇宙航行的精彩内容，带你领略宇宙的探索历程、太阳系 和行星、太空探索技术、宇宙航行的原理与实践、未来的宇宙探索计划以及 总结和展望。
课程介绍
介绍本课程的目标和重要性，激发学生的学习兴趣，并解释宇宙航行对人类 的意义。
宇宙的探索历程
1
古代观星
人类通过观测星象开始对宇宙进行认识。
伽利略望远镜
2
伽利略通过望远镜首次观测到月球和其
他星体，改变了人们对宇宙的看法。
3
太空探索时代
科学家开始使用火箭和太空船进入太空 实施探索任务。
太阳系和行星
太阳系
介绍太阳系的构成以及各个行星的特点。
行星探索
解释人类对行星的探测和研究，包括火星、木星等。
太空探索技术
航天飞机
详细介绍航天飞机的发展历程和 作用。
3
火星任务
介绍计划中的火星任务以及人类在火星 上的未来。
太阳系外生命探索
展望人类发现太阳系外生命的可能性。
总结和展望
总结宇宙航行的重要性和成就，展望未来的发展和挑战。
物理必修二宇宙航行ppt课件
的线速度、角速度、 向心加速度大小关 系？
精选编辑ppt
4
变式训练 1 我国发射的“嫦娥 2 号” 探月卫星的轨道是圆形的，且贴近月球 表面．已知月球的质量约为地球质量的 811，月球半径约为地球半径的14，地球上 的第一宇宙速度约为 7.9 km/s，则该探 月卫星绕月运行的速率约为( )
A．0.4 km/s
B．1.8 km/s
C．11 km/s
D．36 km/s 精选编辑ppt
5
• 2.第二宇宙速度：
•
11.2km/s
• 使卫星挣脱地球引力的 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。
精选编辑ppt
• 注意：
•
1.发射速度大于
7.9km/s，而小于
11.2km/s，卫星绕地球
运动的轨迹为椭圆；
代入数值得h= 3.6107m
精选编辑ppt
12
如图6－5－2所示的圆a、b、c，其圆心均在 地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合， 圆b的平面与地球自转轴垂直．对环绕地球 做匀速圆周运动的卫星而言( )
A．卫星的轨道可能为a B．卫星的轨道可能为b C．卫星的轨道可能为c D．同步卫星的轨道一定为 平行于b的某一同心圆
• C．小于7.9 km/s
• D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间
精选编辑ppt
10
• 如图6－2所示，“嫦娥一号”卫星在椭圆轨道Ⅰ
的近地点P处(距地面600 km)，将发动机短时点
火，实施变轨，变轨后卫星进入远地点高度约为
37万km的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在
近地点变轨后的运行速度( ) • A．小于7.9 km/s • B．大于7.9 km/s，小于11.2 km/s • C．大于11.2 km/s • D．大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
精选编辑ppt
4
变式训练 1 我国发射的“嫦娥 2 号” 探月卫星的轨道是圆形的，且贴近月球 表面．已知月球的质量约为地球质量的 811，月球半径约为地球半径的14，地球上 的第一宇宙速度约为 7.9 km/s，则该探 月卫星绕月运行的速率约为( )
A．0.4 km/s
B．1.8 km/s
C．11 km/s
D．36 km/s 精选编辑ppt
5
• 2.第二宇宙速度：
•
11.2km/s
• 使卫星挣脱地球引力的 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。
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• 注意：
•
1.发射速度大于
7.9km/s，而小于
11.2km/s，卫星绕地球
运动的轨迹为椭圆；
代入数值得h= 3.6107m
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12
如图6－5－2所示的圆a、b、c，其圆心均在 地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合， 圆b的平面与地球自转轴垂直．对环绕地球 做匀速圆周运动的卫星而言( )
A．卫星的轨道可能为a B．卫星的轨道可能为b C．卫星的轨道可能为c D．同步卫星的轨道一定为 平行于b的某一同心圆
• C．小于7.9 km/s
• D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间
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10
• 如图6－2所示，“嫦娥一号”卫星在椭圆轨道Ⅰ
的近地点P处(距地面600 km)，将发动机短时点
火，实施变轨，变轨后卫星进入远地点高度约为
37万km的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在
近地点变轨后的运行速度( ) • A．小于7.9 km/s • B．大于7.9 km/s，小于11.2 km/s • C．大于11.2 km/s • D．大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
宇宙航行(课件)高一物理(人教版2019必修第二册)
五、举世瞩目的成绩
天问一号
空间实验室
六、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。
B．b卫星与地心D连．线著名在的单“月位—地时检间验”是扫在过已知的引力常量的数值后才进行的
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
【参考答案】C
课堂练习
【练习6】（多选）我国北斗三号导航卫星共有三种卫星，地面静止轨道
卫星P、倾斜同步轨道卫星Q、中圆轨道卫星M。卫星P与Q的轨道高度相同， M的轨道半径为Q的轨道半径的 3 ，则下列说法正确的是（ ）
5
A．卫A星．在P国、际Q单运位行制中的，线引力关速常于度量引在力相数常同值量上，等下于列两说个法质正量确是的1是kg（的质点）相距1m时万有引力的大小 B．卫星P、Q运C．行计的算不周B．同期在物不体相同间同的相单互位作制用中的，万引有力引常力量时的，数引值力是常相量同的的值是不同的
D．著名的“月—地检验”是在已知引力常量的数值后才进行的
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
课堂练习
【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
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mgGMRm2 mvR2
v GM 或 v gR
R
2、第二宇宙速度（脱离速度）：v =11.2千米/秒
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v =16.7千米/秒
（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
31
“旅行者”1号探测器 1988年飞出太阳系 如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，
16
▽..\我国的宇航事业.wmv
3 展望未来
美国“凤凰”号火星探测器 2007年8月4日发射， 2008年5月25日在火星着陆。
“卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。
“先驱者”10号太空探测器 1972年3月2日发射升空， 1986年6月飞出太阳系 17
Байду номын сангаас
B. R g
C. GM R3
v2 mg m v gR
R
GMm R2
m
v2 R
v
GM R
D. GM R
适用于计算任一天体的第一宇宙速度
25
1、第一宇宙速度
例：发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫 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:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根 据牛顿第二定律有
光子火箭
超光速飞船“千年隼”号 《星球大战》
18
• •
• 1986年美国挑战者号航天飞机爆炸
19
一、宇宙速度
牛顿的设想 牛顿对人造卫星原理的描绘
牛顿就曾设想, 从高山上用
不同的水平速度抛出物体,
速度一次比一次大,则落点
一次比一次远,如不计空气
的阻力,当速度足够大时, 物
体就永远不会落到地面上
来,而围绕地球旋转,成为一
11
12
△..\录像.MPG
二 梦想成真
2 中国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升
空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射 成功
13
◇b.avi
14
2003年10月15日 神舟五号 杨利伟
2005年10月12日 神舟六号 费俊龙聂海胜
2008年9月25日 神舟七号 翟志刚刘伯明 景海鹏 15
km/s
解:
G
Mm r2
m
v2 r
整理得
v
GM r
vB vA
M BrA 2 M ArB 9
2 vB 9vA 2km/s
27
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
人造卫星在地面附近做圆周运动的周期
Mm 4π2
G
mR
R2
T2
Mm mg G R2
T 2π R g
=84.6min
或：T =2πR=84. 6min
Mm v2 G m
整理得 v
GM
r2
r
r
设第一宇宙速度为 v 1 ,卫星的轨道速度为 v 2
v 2 r1 1
v1
r2 2
v2
1 2
v1
26
1、第一宇宙速度
练习
1、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”的环绕速度约为
现了人类登上月球的理想…… 2003年10月15日，
中国宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”飞船绕行地
球14圈……
人类进入了航天时代……03.wmv
10
1957年10月，苏联发射 第一颗人造地球卫星。
1961年4月12日苏联空军少校 加加林乘坐东方一号载人飞 船进入太空，实现了人类进 入太空的梦想。
1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。
最小周期 28
29
一、宇宙速度
运行速度： 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度 发射速度： 指被发射物体离开地面时的水平初速度
V 发射
V 运行
v =7900m/s 是地球卫星的最小发射速度30 !
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）
r
v GM r
v
GM R
6.67
×10-11 6.37
××150. 96 8×1024m/s
=7900m/s =7.9km/s
v =7900m/s 是地球卫星的最大运行速度23 !
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路2：重力提供向心力
Mm v2
mgG R2
m R
第六章 万有引力与航天
1
1、万有引力等于重力
两
mg
G
Mm R2
M gR2 G
条 基
黄 金 代 换 ： G M ＝ gR 2
本 2、万有引力提供向心力
思 路
G M r2 m m a 向 m v r2m r2m r(2 T )2
4 2 r 3
M
GT 2
2
古人的梦想
嫦 娥 奔 月
3
敦煌壁画——飞天
9
梦想成真
在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能
是美丽的传说。 1957年10月4日，前苏联成功地发
射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航
天新纪元。 1961年4月12日，前苏联成功地发射了
第一艘“东方号”载人飞船，揭开了人类进入太
空的序幕。 1969年7月20日，美国“阿波罗”11号
飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实
物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外
的宇宙空间去。
16.7km/s称为第三宇宙速度。
32
练习
2、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运
动，其速率
（ B）
A、一定等于7.9km/s B、等于或小于7.9km/s C、一定大于7.9km/s D、介于7.9 km/s~11.2km/s之间
颗人造地球卫星了.
牛顿设想的人造卫星原理
图
20
21
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的 线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。
v =7900m/s
22
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路1：万有引力提供向心力
G Mm m v2
r2
vg R ＝ 9 .8 6 .3 7 1 0 6 m /s 7 .9 k m /s
24
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
Mm
v2
mgG R2
m R
GM 或 v
v
gR
R
1. 地球半径为R，质量为M，地面附近的重力加 速度为g，万有引力常量为G，则靠近地面运转的 人造地球卫星环绕速度为（ AD ）
A . Rg
4
万户飞天万户飞天.mpg 14世纪
世界上第一个想利用火箭飞行的人
5
儒勒·凡尔纳 （1828-1905） 法国科幻小说家
6
7
外国人的 “飞天”梦
8
齐奥尔科夫斯基
于1903年发表了《利 用喷气工具研究宇宙 空间》一文和以他的 名字命名的公式，奠 定了火箭和液体发动 机的理论。首次指出 利用喷气推进的多级 火箭是实现太空飞行 的工具。