《宇宙航行》萬(wàn)有引力與宇宙航行PPT優(yōu)質(zhì)課件
第一部分內(nèi)容：核心素養(yǎng)目標(biāo)
物理觀念
知道三個(gè)宇宙速度及含義，了解衛(wèi)星的分類。
科學(xué)思維
會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度，掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
了解人類在宇宙探索方面的重要成就，培養(yǎng)應(yīng)用物理規(guī)律造福人類的意識(shí)。
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宇宙航行PPT，第二部分內(nèi)容：課前學(xué)習(xí)
知識(shí)點(diǎn)一 宇宙速度
水平速率v1不夠大，因此炮彈將落到地上。當(dāng)炮彈具有更大的初速度v2時(shí)，將飛得更遠(yuǎn)。當(dāng)炮彈的水平速率v3足夠大時(shí)，炮彈將環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)。
1.環(huán)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(yùn)動(dòng)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(fā)射飛行器，如果速度大于____________，又小于11.2 km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2 km/s時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)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(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外，必須使它的速度等于或大于16.7 km/s，這個(gè)速度叫作第三宇宙速度。
[思考判斷]
(1)第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度。( )
(2)當(dāng)發(fā)射速度v＞7.9 km/s時(shí)，衛(wèi)星將脫離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)動(dòng)。( )
(3)地球所有的衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度都為7.9 km/s。( )
三個(gè)宇宙速度
發(fā)射速度與環(huán)繞速度不同。發(fā)射速度是將衛(wèi)星送入軌道，在地面上所必須獲得的速度。環(huán)繞速度是衛(wèi)星發(fā)射成功后，環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)的速度。
知識(shí)點(diǎn)二 人造地球衛(wèi)星、載人航天與太空探索
[觀圖助學(xué)]
你知道哪些我國(guó)最近發(fā)射的人造衛(wèi)星？它們是地球同步衛(wèi)星嗎？
1.人造地球衛(wèi)星
(1)1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功。
1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“______________”發(fā)射成功。
(2)地球同步衛(wèi)星
(ⅰ)概念：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同______的衛(wèi)星，叫作地球同步衛(wèi)星。
(ⅱ)特點(diǎn)：六個(gè)“一定”
①轉(zhuǎn)動(dòng)方向一定：和地球自轉(zhuǎn)方向_________；
②周期一定：和地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24 h；
③角速度一定：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；
④軌道平面一定：所有的同步衛(wèi)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(lián)航天員加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。
1969年7月16日9時(shí)32分，運(yùn)載阿波羅11號(hào)飛船的土星5號(hào)火箭在美國(guó)卡納維拉爾角點(diǎn)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(shí)，我國(guó)___________宇宙飛船把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空。
2013年6月，神舟十號(hào)分別完成與天宮一號(hào)空間站的手動(dòng)和自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。
2016年10月19日，神舟十一號(hào)完成與天宮二號(hào)空間站的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。
2017年4月20日，我國(guó)又發(fā)射了貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，入軌后與天宮二號(hào)空間站進(jìn)行自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、自主快速交會(huì)對(duì)接等3次交會(huì)對(duì)接及多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
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宇宙航行PPT，第三部分內(nèi)容：核心探究
核心要點(diǎn)一 宇宙速度
[問題探究]
發(fā)射衛(wèi)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(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)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(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度。
2.第一宇宙速度的計(jì)算式
3.第一宇宙速度的理解
(1)“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊�。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。
[試題案例]
[例1] (多選)下列關(guān)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(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于等于v1，小于v2
B.美國(guó)發(fā)射的“鳳凰號(hào)”火星探測(cè)衛(wèi)星，其發(fā)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(yáng)運(yùn)行的人造小行星的最小發(fā)射速度
D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度
核心要點(diǎn)二 人造地球衛(wèi)星運(yùn)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(wèi)星在不同的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。
(1)這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點(diǎn)？
(2)這些衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有關(guān)呢？
答案 (1)軌道平面過地心。
(2)與軌道半徑有關(guān)。
[探究歸納]
1.人造衛(wèi)星的三種軌道
(1)赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道所在平面上，衛(wèi)星始終處于赤道上方。
(2)極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空。
(3)一般軌道：衛(wèi)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(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律：人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律類似行星運(yùn)行規(guī)律。
萬(wàn)有引力提供向心力
[針對(duì)訓(xùn)練2] 2018年6月2日我國(guó)的“高分六號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，假設(shè)在軌運(yùn)行的“高分六號(hào)”衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和月球都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們?cè)诳臻g的位置示意圖如圖所示。下列有關(guān)“高分六號(hào)”衛(wèi)星的說法正確的是( )
A.其發(fā)射速度可能小于7.9 km/s
B.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小
C.繞地球運(yùn)行的周期比同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期小
D.在運(yùn)行軌道上完全失重，重力加速度為0
核心要點(diǎn)三 航天事業(yè)改變著人類的生活
20世紀(jì)人類最偉大的創(chuàng)舉之一是開拓了太空這一全新活動(dòng)領(lǐng)域。
1.衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播：通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)越洋通話、實(shí)時(shí)收看世界各地發(fā)來(lái)的電視新聞。
2.“靜止”在赤道上空的同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，3顆同步衛(wèi)星就可以形成一條南北緯50°之間的全球觀測(cè)帶。再配合幾顆縱穿地球兩極的極軌衛(wèi)星，就能形成全球氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)，為天氣預(yù)報(bào)提供全面、及時(shí)的氣象資料。
3.衛(wèi)星引起了船舶、飛機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的重大變化。利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航的各種汽車已經(jīng)奔馳在城市的道路上。
4.地球資源衛(wèi)星：應(yīng)用于勘測(cè)海洋和水利資源、調(diào)查地下礦藏、監(jiān)視自然災(zāi)害、觀測(cè)環(huán)境污染等方面。
5.軍用衛(wèi)星：已經(jīng)成為指揮系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的重要組成部分，偵察衛(wèi)星、軍用通信衛(wèi)星、軍用導(dǎo)航衛(wèi)星以及空中預(yù)警飛機(jī)構(gòu)成了現(xiàn)代防務(wù)的“神經(jīng)中樞”。
6.由于失重現(xiàn)象，航天器是一個(gè)微重力實(shí)驗(yàn)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(jìn)行各種物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的研究。
太空環(huán)境的另一個(gè)特點(diǎn)是高強(qiáng)度的輻射。它一方面對(duì)宇航員造成威脅；另一方面，它可以誘導(dǎo)生物基因的變異，受輻射的植物種子就有可能變?yōu)榫哂袃?yōu)良性狀的新品種。
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