《宇宙航行》萬有引力與宇宙航行PPT課件
第一部分內(nèi)容：必備知識·素養(yǎng)奠基
一、第一宇宙速度
【思考】如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落到地面,它將繞地球運動,成為地球的人造衛(wèi)星,是什么力使物體繞地球運動?
提示:地球與物體之間的萬有引力。
(1)物體繞地球速度推導(dǎo):物體繞地球的運動可視作勻速圓周運動,萬有引力提供物體運動所需的向心力,有_____=m ,由此解出:v=_____(m地為地球質(zhì)量,r為物體做圓周運動的半徑)。
(2)數(shù)值:已知地球的質(zhì)量,近似用地球半徑R代替r,算出v=_____=_________,這就是物體在地球附近做勻速圓周運動的速度,叫作第一宇宙速度。
二、第二宇宙速度
當(dāng)飛行器的速度等于或大于__________時,它就會克服地球的引力,永遠(yuǎn)離開地球,我們把__________叫作第二宇宙速度。
三、第三宇宙速度
在地面附近發(fā)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__________,這個速度叫作第三宇宙速度。
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宇宙航行PPT，第二部分內(nèi)容：關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成
一 第一宇宙速度的定性分析和定量計算
任務(wù)1 第一宇宙速度的定性分析
1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運動必須具備的速度,即近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度。
2.決定因素:由第一宇宙速度的計算式v= 可以看出,第一宇宙速度的值由中心天體決定,第一宇宙速度的大小取決于中心天體的質(zhì)量M和半徑R,與衛(wèi)星無關(guān)。
3.“最小發(fā)射速度”:如果發(fā)射速度低于第一宇宙速度,因為受到地球引力作用,發(fā)射出去的衛(wèi)星就會再回到地球上,所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。
4.“最大環(huán)繞速度”:在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中,近地衛(wèi)星的軌道半徑最小,由________可得________軌道半徑越小,線速度越大,所以在這些衛(wèi)星中,近地衛(wèi)星的線速度即第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度。
【思考·討論】
在100～200 km高度飛行的地球衛(wèi)星,能說在地面附近飛行嗎?為什么?(科學(xué)思維)
提示:可以。因為100～200 km與地球半徑6 400 km相比,可以忽略。
【典例示范1】(多選)關(guān)于第一宇宙速度,以下敘述正確的是( )
A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度
B.它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運行的速度
C.它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度
D.它是人造衛(wèi)星發(fā)射時的最大速度
任務(wù)2 第一宇宙速度的定量計算方法
1.根據(jù)星球表面的重力加速度可計算它的第一宇宙速度,依據(jù)是mg=m 。
2.根據(jù)星球的近地衛(wèi)星的運動情況可計算它的第一宇宙速度,依據(jù)是
【素養(yǎng)訓(xùn)練】
1.(多選)第一宇宙速度是物體在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的速度,則有( )
A.被發(fā)射的物體質(zhì)量越大,第一宇宙速度越大
B.被發(fā)射的物體質(zhì)量越小,第一宇宙速度越大
C.第一宇宙速度與被發(fā)射物體的質(zhì)量無關(guān)
D.第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關(guān)
2.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質(zhì)量是地球的6倍,半徑是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速度約為 ( )
A.16 km/s B.32 km/s
C.4 km/s D.2 km/s
二 人造地球衛(wèi)星
任務(wù)1 人造地球衛(wèi)星的軌道特點
1.衛(wèi)星運動遵循的規(guī)律:衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時,地心在橢圓的一個焦點上,衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律。
2.衛(wèi)星軌道的圓心:衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力,而萬有引力指向地心,所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心。
3.衛(wèi)星的軌道:衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星),可以通過兩極上空(極地軌道衛(wèi)星),也可以和赤道平面成任一角度,如圖所示。
【典例示范1】 如圖所示,有關(guān)人造地球衛(wèi)星軌道的正確說法有( )
A.a、b、c均可能是衛(wèi)星軌道
B.衛(wèi)星軌道只可能是a
C.a、b均可能是衛(wèi)星軌道
D.b可能是同步衛(wèi)星的軌道
【解析】選C。地球衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地心,所以凡是地球衛(wèi)星,軌道面必定經(jīng)過地球中心,所以a、b均可能是衛(wèi)星軌道,c不可能是衛(wèi)星軌道,故A、B錯誤,C正確;同步衛(wèi)星的軌道必定在赤道平面內(nèi),所以b不可能是同步衛(wèi)星的軌道,故D錯誤。
任務(wù)2 地球同步衛(wèi)星
1.地球同步衛(wèi)星: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(zhuǎn)角速度相同,廣泛應(yīng)用于通信,又叫同步通信衛(wèi)星。
2.地球同步衛(wèi)星的特點:
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