《宇宙航行》萬有引力與宇宙航行PPT優質課件
第一部分內容：核心素養目標
物理觀念
知道三個宇宙速度及含義，了解衛星的分類。
科學思維
會推導第一宇宙速度，掌握人造衛星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。
科學態度與責任
了解人類在宇宙探索方面的重要成就，培養應用物理規律造福人類的意識。
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宇宙航行PPT，第二部分內容：課前學習
知識點一 宇宙速度
水平速率v1不夠大，因此炮彈將落到地上。當炮彈具有更大的初速度v2時，將飛得更遠。當炮彈的水平速率v3足夠大時，炮彈將環繞地球運動。
1.環繞速度
2.第一宇宙速度
(1)定義：物體在地球附近繞地球做___________運動的速度叫作第一宇宙速度。
(2)大?。簐＝7.9 km/s。
3.第二宇宙速度
在地面附近發射飛行器，如果速度大于____________，又小于11.2 km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于11.2 km/s時，它就會克服地球的引力，永遠離開_________。我們把___________叫作第二宇宙速度。
4.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16.7 km/s，這個速度叫作第三宇宙速度。
[思考判斷]
(1)第一宇宙速度是發射衛星的最小速度。( )
(2)當發射速度v＞7.9 km/s時，衛星將脫離地球的吸引，不再繞地球運動。( )
(3)地球所有的衛星在軌道上的運行速度都為7.9 km/s。( )
三個宇宙速度
發射速度與環繞速度不同。發射速度是將衛星送入軌道，在地面上所必須獲得的速度。環繞速度是衛星發射成功后，環繞地球運行時的速度。
知識點二 人造地球衛星、載人航天與太空探索
[觀圖助學]
你知道哪些我國最近發射的人造衛星？它們是地球同步衛星嗎？
1.人造地球衛星
(1)1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛星發射成功。
1970年4月24日，我國第一顆人造衛星“______________”發射成功。
(2)地球同步衛星
(ⅰ)概念：相對于地面靜止且與地球自轉具有相同______的衛星，叫作地球同步衛星。
(ⅱ)特點：六個“一定”
①轉動方向一定：和地球自轉方向_________；
②周期一定：和地球自轉周期相同，即T＝24 h；
③角速度一定：等于地球自轉的角速度；
④軌道平面一定：所有的同步衛星都在赤道的_________，其軌道平面必須與赤道平面重合；
⑤高度一定：離地面高度固定不變(約3.6×104 km)；
⑥速率一定：線速度大小一定(約3.1×103 m/s)。
2.載人航天與太空探索
1961年4月12日，蘇聯航天員加加林進入了東方一號載人飛船。
1969年7月16日9時32分，運載阿波羅11號飛船的土星5號火箭在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。
2003年10月15日9時，我國___________宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空。
2013年6月，神舟十號分別完成與天宮一號空間站的手動和自動交會對接。
2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間站的自動交會對接。
2017年4月20日，我國又發射了貨運飛船天舟一號，入軌后與天宮二號空間站進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項實驗。
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宇宙航行PPT，第三部分內容：核心探究
核心要點一 宇宙速度
[問題探究]
發射衛星，要有足夠大的速度才行。
(1)怎樣求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？
(2)把衛星發射到更高的軌道上需要的發射速度越大還是越??？
[探究歸納]
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的速度。
2.第一宇宙速度的計算式
3.第一宇宙速度的理解
(1)“最小發射速度”：向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星困難，因為發射衛星要克服地球對它的引力。近地軌道是人造衛星的最低運行軌道，而近地軌道的發射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度。
[試題案例]
[例1] (多選)下列關于三種宇宙速度的說法中正確的是( )
A.第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，則人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2
B.美國發射的“鳳凰號”火星探測衛星，其發射速度大于第三宇宙速度
C.第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的人造小行星的最小發射速度
D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星繞地球做圓周運動的最大運行速度
核心要點二 人造地球衛星運行物理量分析
[問題探究]
如圖所示，在地球的周圍，有許多的衛星在不同的軌道上繞地球轉動。
(1)這些衛星的軌道平面有什么特點？
(2)這些衛星的線速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有關呢？
答案 (1)軌道平面過地心。
(2)與軌道半徑有關。
[探究歸納]
1.人造衛星的三種軌道
(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：衛星軌道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如圖所示。
2.人造衛星的運行規律：人造衛星的運行規律類似行星運行規律。
萬有引力提供向心力
[針對訓練2] 2018年6月2日我國的“高分六號”在酒泉衛星發射中心發射成功，假設在軌運行的“高分六號”衛星、同步衛星和月球都繞地球做勻速圓周運動，它們在空間的位置示意圖如圖所示。下列有關“高分六號”衛星的說法正確的是( )
A.其發射速度可能小于7.9 km/s
B.繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度小
C.繞地球運行的周期比同步衛星繞地球運行的周期小
D.在運行軌道上完全失重，重力加速度為0
核心要點三 航天事業改變著人類的生活
20世紀人類最偉大的創舉之一是開拓了太空這一全新活動領域。
1.衛星通信和衛星廣播：通過衛星實現越洋通話、實時收看世界各地發來的電視新聞。
2.“靜止”在赤道上空的同步氣象衛星把廣闊視野內的氣象數據發回地面，3顆同步衛星就可以形成一條南北緯50°之間的全球觀測帶。再配合幾顆縱穿地球兩極的極軌衛星，就能形成全球氣象衛星觀測系統，為天氣預報提供全面、及時的氣象資料。
3.衛星引起了船舶、飛機導航技術的重大變化。利用全球衛星定位系統導航的各種汽車已經奔馳在城市的道路上。
4.地球資源衛星：應用于勘測海洋和水利資源、調查地下礦藏、監視自然災害、觀測環境污染等方面。
5.軍用衛星：已經成為指揮系統和武器系統的重要組成部分，偵察衛星、軍用通信衛星、軍用導航衛星以及空中預警飛機構成了現代防務的“神經中樞”。
6.由于失重現象，航天器是一個微重力實驗室，在這樣的條件下，可以研制高純度大單晶、超高純度金屬，進行各種物理、化學、生物、醫學等學科的研究。
太空環境的另一個特點是高強度的輻射。它一方面對宇航員造成威脅；另一方面，它可以誘導生物基因的變異，受輻射的植物種子就有可能變為具有優良性狀的新品種。
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