《宇宙航行》萬有引力與宇宙航行PPT課件
第一部分內容：必備知識·素養奠基
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: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地為地球質量,r為物體做圓周運動的半徑)。
(2)數值:已知地球的質量,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
當飛行器的速度等于或大于__________時,它就會克服地球的引力,永遠離開地球,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，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
一 第一宇宙速度的定性分析和定量計算
任務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星近地環繞地球做勻速圓周運動必須具備的速度,即近地衛星的環繞速度。
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量M和半徑R,與衛星無關。
3.“最小發射速度”:如果發射速度低于第一宇宙速度,因為受到地球引力作用,發射出去的衛星就會再回到地球上,所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度。
4.“最大環繞速度”:在所有環繞地球做勻速圓周運動的衛星中,近地衛星的軌道半徑最小,由________可得________軌道半徑越小,線速度越大,所以在這些衛星中,近地衛星的線速度即第一宇宙速度是最大環繞速度。
【思考·討論】
在100～200 km高度飛行的地球衛星,能說在地面附近飛行嗎?為什么?(科學思維)
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)關于第一宇宙速度,以下敘述正確的是( )
A.它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度
B.它是近地圓軌道上人造衛星運行的速度
C.它是使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度
D.它是人造衛星發射時的最大速度
任務2 第一宇宙速度的定量計算方法
1.根據星球表面的重力加速度可計算它的第一宇宙速度,依據是mg=m 。
2.根據星球的近地衛星的運動情況可計算它的第一宇宙速度,依據是
【素養訓練】
1.(多選)第一宇宙速度是物體在地球表面附近環繞地球做勻速圓周運動的速度,則有( )
A.被發射的物體質量越大,第一宇宙速度越大
B.被發射的物體質量越小,第一宇宙速度越大
C.第一宇宙速度與被發射物體的質量無關
D.第一宇宙速度與地球的質量有關
2.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質量是地球的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 人造地球衛星
任務1 人造地球衛星的軌道特點
1.衛星運動遵循的規律:衛星繞地球沿橢圓軌道運動時,地心在橢圓的一個焦點上,衛星的周期和半長軸的關系遵循開普勒第三定律。
2.衛星軌道的圓心:衛星繞地球沿圓軌道運動時,因為地球對衛星的萬有引力提供了衛星繞地球運動的向心力,而萬有引力指向地心,所以地心必定是衛星圓軌道的圓心。
3.衛星的軌道:衛星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步衛星),可以通過兩極上空(極地軌道衛星),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,有關人造地球衛星軌道的正確說法有( )
A.a、b、c均可能是衛星軌道
B.衛星軌道只可能是a
C.a、b均可能是衛星軌道
D.b可能是同步衛星的軌道
【解析】選C。地球衛星圍繞地球做勻速圓周運動,圓心是地球的地心,所以凡是地球衛星,軌道面必定經過地球中心,所以a、b均可能是衛星軌道,c不可能是衛星軌道,故A、B錯誤,C正確;同步衛星的軌道必定在赤道平面內,所以b不可能是同步衛星的軌道,故D錯誤。
任務2 地球同步衛星
1.地球同步衛星: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角速度相同,廣泛應用于通信,又叫同步通信衛星。
2.地球同步衛星的特點:
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