202X_202X学年高中物理第5章万有引力定律及其应用第2节万有引力定律的应用第3节人类对太空的不懈追求课件鲁科版必修2

1、第第2节万有引力定律的应用节万有引力定律的应用第3节人类对太空的不懈追求学习目标学习目标核心提炼核心提炼1.了解人造地球卫星的发射原理。了解人造地球卫星的发射原理。2.掌握卫星的运动规律掌握卫星的运动规律,并会分析有关问题并会分析有关问题,掌握同步卫星的规律。掌握同步卫星的规律。3.理解第一宇宙速度，并会计算；了解第二宇宙速度和第三宇宙理解第一宇宙速度，并会计算；了解第二宇宙速度和第三宇宙速度。速度。4.了解人类对太空的探索。了解人类对太空的探索。3个速度个速度第一、第一、二、三宇宙速度二、三宇宙速度几个关系几个关系线速线速度、角速度、周期度、角速度、周期与轨道半径的关系与轨道半径的关系一、人

2、造卫星上天与宇宙速度一、人造卫星上天与宇宙速度阅读教材第阅读教材第9699页页“人造卫星上天局部，知道人造地球卫星的概念，初步了解人造卫星上天局部，知道人造地球卫星的概念，初步了解人造地球卫星的动力学原理。人造地球卫星的动力学原理。1.人造地球卫星的发射原理人造地球卫星的发射原理(1)牛顿设想：如图牛顿设想：如图1甲所示，当物体被抛出的甲所示，当物体被抛出的_足够大时，它将围绕地球旋转足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。图图1(2)发射过程简介：如图乙所示，发射人造地球卫星的火箭一般为三级。使卫星进入发射过程简介：如图乙所示，发

3、射人造地球卫星的火箭一般为三级。使卫星进入地球轨道后的大致过程也为三个阶段。地球轨道后的大致过程也为三个阶段。速度速度匀速圆周匀速圆周万有引力万有引力越大越大4.宇宙速度宇宙速度(1)第一宇宙速度：第一宇宙速度：v1_ km/s，又称，又称_速度，是人造卫星在地面附近绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。地球做匀速圆周运动的速度。(2)第二宇宙速度：第二宇宙速度：v211.2 km/s，又称，又称_速度，是人造卫星脱离速度，是人造卫星脱离_引力所需的速度。引力所需的速度。(3)第三宇宙速度：第三宇宙速度：v316.7 km/s，又称，又称_速度，是人造卫星脱离速度，是人造卫星

4、脱离_引力所需的速度。引力所需的速度。7.9环绕环绕脱离脱离地球地球逃逸逃逸太阳太阳思维拓展思维拓展在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考：在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考：图图2(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？这些卫星的轨道平面有什么特点？(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？答案答案(1)轨道平面过地心轨道平面过地心(2)与轨道半径有关与轨道半径有关二、人类对太空的探索二、人类对太空的探索阅读教材第阅读教材第99105页页“预测未知天体、人类对太空的不懈追求局部，了解人类迈预测

5、未知天体、人类对太空的不懈追求局部，了解人类迈向太空的重大历史事件。向太空的重大历史事件。1.发现未知天体：在观测天王星时，发现其实际轨道与由发现未知天体：在观测天王星时，发现其实际轨道与由_计算的轨道计算的轨道不吻合，由此预测存在另一行星，这就是后来发现的不吻合，由此预测存在另一行星，这就是后来发现的_。万有引力定律万有引力定律海王星海王星2.人类对太空的不懈追求人类对太空的不懈追求(1)古希腊人的探索与文艺复兴时期的学说。古希腊人的探索与文艺复兴时期的学说。 内容内容局限性局限性地心说地心说_是宇宙的中心，而且是静止是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他天体都不动的，太阳、月亮

6、以及其他天体都绕绕_运动运动都把天体的运动看得很神圣，认都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最为天体的运动必然是最完美、最和谐的和谐的_运动，这和运动，这和丹麦天文学家丹麦天文学家_的观测数的观测数据不符据不符日心说日心说_是宇宙的中心，且是静止不是宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他天体都绕动的，地球和其他天体都绕_运动运动地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳匀速圆周匀速圆周第谷第谷(2)牛顿的大综合：牛顿在前人的根底上，逐步建立了牛顿的大综合：牛顿在前人的根底上，逐步建立了_，将地面上，将地面上的力学与天上的力学统一起来，是物理学的第一次大综合，形成了以的力学与天上的力学统

7、一起来，是物理学的第一次大综合，形成了以_为根底的力学体系。为根底的力学体系。(3)对太空的探索成果。对太空的探索成果。1957年年10月，月，_成功发射了第一颗人造地球卫星。成功发射了第一颗人造地球卫星。1969年年7月，美国月，美国“阿波罗阿波罗11号登上号登上_ 。2003年年10月，月， _发射升空，圆了中国人的飞天梦想。发射升空，圆了中国人的飞天梦想。2021年年6月，我国月，我国_飞船首次完成与飞船首次完成与“天宫一号的手控交会对接任务。天宫一号的手控交会对接任务。万有引力定律万有引力定律牛顿三大定律牛顿三大定律前苏联前苏联月球月球“神舟五号神舟五号“神舟九号神舟九号思维拓展思维拓

8、展宇航员在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力宇航员在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力作用？作用？答案答案不是。宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供不是。宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向心力。向心力。宇宙速度及其理解宇宙速度及其理解要点归纳要点归纳1.认识第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具认识第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。备的速度，即近地卫星的环绕速度。2.推导：对于近地人造卫星

9、，轨道半径推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径近似等于地球半径R6 400 km，卫星在轨道，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g9.8 m/s2，那么，那么4.对发射速度和环绕速度的理解对发射速度和环绕速度的理解精典例如精典例如例例1 地球的质量约为火星质量的地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的倍，地球的半径约为火星半径的2倍，那么航天器倍，那么航天器在火星外表附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为在火星外表附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为()A.3.5 km/s B.5.0 km/s

10、C.17.7 km/s D.35.2 km/s答案答案A针对训练针对训练1 某天体的第一宇宙速度为某天体的第一宇宙速度为8 km/s，那么高度为该天体半径的，那么高度为该天体半径的3倍轨道上宇倍轨道上宇宙飞船的运行速度为宙飞船的运行速度为()答案答案B人造地球卫星的运动规律及应用人造地球卫星的运动规律及应用要点归纳要点归纳1.人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这

11、样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。人造地球卫星的三种轨道人造地球卫星的三种轨道图图32.卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系3.地球同步卫星地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有一样周期的卫星，叫做地球同步卫星。概念：相对于地面静止且与地球自转具有一样周期的卫星，叫做地球同步卫星。(2)特点：特点：确定的转动方向：和

12、地球自转方向一致；确定的转动方向：和地球自转方向一致；确定的周期：和地球自转周期一样，即确定的周期：和地球自转周期一样，即T24 h；确定的角速度：等于地球自转的角速度；确定的角速度：等于地球自转的角速度；确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；面重合；确定的高度：离地面高度固定不变确定的高度：离地面高度固定不变(3.6104 km)；确定的环绕速率：线速度大小一定确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1103 m/s)。精典例如精典例如例例2 (多项选择多项选择)三颗人造地球卫星三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图绕地球做匀速圆周运动，如图4所示，所示，mAmBmC，那么对于三颗卫星，正确的选项是，那么对于三颗卫星，正确的选项是()答案答案ABD卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小