高中物理获奖课件-宇宙航行上课PPT

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中 国 人 的 飞 天 梦 外国人的“飞天”梦 飞天之梦的历史 问题: 一、牛顿关于卫星的设想 地面上抛出的物 体,由于受到地球引 力的作用,最终都要 落回到地面。 1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮 不会落到地面上来? 问 题 情 境 由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受 到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故 月球不会落到地面上来. 一、牛顿关于卫星的设想 物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的 水平距离越远。 2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会 怎样?试大胆猜想。 由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时, 物体飞行的距离也很大, 故物体不能再 落回地面,而成为 一颗绕地球运转的卫星. A B C O V0 D问题: 问 题 情 境 牛顿人造卫星原理 图 一、牛顿关于卫星的设想 思考？ 1. 以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运 动的卫星? 推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力 R GMv R vm R GMm  , 2 2 gRv  , 2 2 R vmmg R GMm  ,2 GMgR  g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得： skmv /9.7 推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力 人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。 如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面; 如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作 匀速圆周运动。 所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。 二、宇宙速度 第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. （脱离速度） 第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (逃逸速度) 11.2 km/s >V > 7.9 km/s V = 16.7 km/s V = 11.2 km/sV = 7.9km/s 绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭 圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （环绕速度） 二、宇宙速度 1、当发射速度为7.9km/s, 物体恰好环绕地球表面做圆周运动； 2、当发射速度大于7.9km/s 时： ① 7.9km/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。 二、宇宙速度 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 环绕速度v, 转动半径r(或R+h,h为离地的高度) 转动周期T. 将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫星环 绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系： nmar T mrm r vm r MmG  )4( 2 222 2  r v r GMv 1,  即 三、人造地球卫星运行的规律 33 1, rr GM   即 3 32 ,4 rTGM rT  即 22 1, r a r GMa  即 结论： 卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨 道半径决定。 离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速 度越大。 所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕 地球做圆周运动的最大运行速度。 （补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别 三、人造地球卫星运行的规律 发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的 初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅 依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、 进入运动轨道； 运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆 周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射人 造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动 的最大速度。 三、人造地球卫星运行的规律 问题： 将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？ 为什么？ 向高轨道发射卫星时, 需要的初速度越大，火 箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的 要求更高一些,所以比较困难. 三、人造地球卫星运行的规律 四、课堂练习 [例题]: 我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的 轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为 地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球 上的第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫 星绕月球运行的速率？ 人类探索太空的过程 1961年，苏联宇航员尤里·加加林，完成人类历史 上第一次宇宙飞行，人类飞天梦想终于变成现实。1963年，瓦莲蒂娜·捷列什科娃， 人类第一位进入太空的女性。 1969年7月20日，美国宇航员尼 尔·阿姆斯特朗、迈克尔·柯林 斯、巴兹·奥尔德林(上图从左至 右)，成功登月。 左图为月球上的奥尔德林，头 盔中人影为阿姆斯特朗。 1 9 8 4 年 ， 美 国 宇 航 员 布 鲁 斯·麦坎德利斯离开航天飞机320 英尺，完成人类首次无安全索太空 行走。 2001年，第一位太空游客美国人蒂 托(中)，进入国际空间站，开始太空观 光。 阿波罗11号宇航员在月球上的视频 点 击 图 片 即 播 放 我国载人航天回顾 杨利伟在太空展示中国和联合国国旗我国首位航天员杨利伟 2003年 “神舟”五号 中国人“飞天”梦圆 费 俊 龙 在 做 身 体 检 查 2005年 “神舟”六号 首次“多人多天”空间飞行2008年 “神舟”七号 首次太空行走 1、三个宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s 2、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法： 把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且 万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力， (v为线速度、ω为角速度、T为周期、n为转速) 五、课堂小结 布置作业 1.阅读教材后边“科学漫步”和“STS” 的材料； 2.将学生分组,上网查阅黑洞、同步卫星 的相关资料,并制作汇报PPT或书面报告,下节 课进行交流共享。 下课！ 同学们休息一下！