高中物理 3.3 飛向太空課件 粵教版必修2.ppt

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第三節(jié) 飛向太空,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,一,三,一、飛向太空的橋梁——火箭 1.人造衛(wèi)星的發(fā)射 要成為地球的人造衛(wèi)星,發(fā)射速度必須大于7.9 km/s,要成為太陽的人造行星,發(fā)射速度至少達(dá)到11.2 km/s. 發(fā)射人造衛(wèi)星借助速度推進(jìn)工具——火箭. 2.發(fā)射的條件 原理:利用燃料燃燒向后急速噴出的氣體產(chǎn)生的反作用力,使火箭向前射出. 組成:主要有殼體和燃料兩部分. 多級火箭:用幾個火箭連接而成的火箭組合,一般為三級.,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,二、夢想成真——遨游太空 1957年10月4日,蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星. 2003年10月15日,我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,把我國第一位航天員楊利偉送入太空,成為繼蘇聯(lián)、美國后,第三個依靠自己的力量將航天員送上太空的國家.,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,三,三、探索宇宙奧秘的先鋒——空間探測器 1962年美國發(fā)射了“水手2號”探測器,第一次對金星進(jìn)行了近距離的考察.1989年美國宇航局發(fā)射的“伽利略號”探測器飛行6年到達(dá)木星.2003年美國“勇氣號”與“機(jī)遇號”探測器分別發(fā)射成功,“勇氣號”于2004年登陸火星.2007年中國的“嫦娥一號”月球探測器發(fā)射成功.2010年中國的“嫦娥二號”月球探測器發(fā)射成功.,,,,,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,一、火箭 1.火箭的發(fā)明 火箭最早是由我國發(fā)明的,早在12世紀(jì)的南宋時期,火箭已被用于戰(zhàn)爭.它是利用火藥燃燒向后急速噴出的氣體產(chǎn)生反作用力,使火箭向前射出. 2.近代火箭的研究 (1)近代火箭的研究從19世紀(jì)開始. (2)俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基作出了重要貢獻(xiàn):研究了火箭運(yùn)動的原理和液體火箭推進(jìn)及噴射的理論,提出了用液體火箭對未來太空飛行的設(shè)想及多級火箭和慣性導(dǎo)航的概念.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,3.多級火箭 多級火箭是用幾個火箭連接而成的火箭組合,一般用三級.火箭起飛時,第一級火箭的發(fā)動機(jī)“點(diǎn)火”,推動各級火箭一起前進(jìn),當(dāng)這一級的燃料燃盡后,第二級火箭開始工作,自動脫掉第一級火箭的外殼;第二級火箭在第一級火箭基礎(chǔ)上進(jìn)一步加速,以此類推,最終達(dá)到所需要的速度. 在現(xiàn)代技術(shù)條件下,一級火箭的最終速度還達(dá)不到發(fā)射人造衛(wèi)星所需要的速度,發(fā)射衛(wèi)星要用多級火箭.由于各級火箭的連接部位需大量附屬設(shè)備,這些附屬設(shè)備具有一定的質(zhì)量,并且級數(shù)越多,連接部位的附屬設(shè)備質(zhì)量越大,并且所需的技術(shù)要求也越精密,因此,火箭的級數(shù)并不是越多越好,一般用三級火箭.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,【例1】 我國成功發(fā)射“神舟”九號飛船,飛船隨火箭一起離開發(fā)射塔飛向太空,并與此前發(fā)射的“天宮一號”空間站實(shí)現(xiàn)交會對接,下列說法中錯誤的是( ) A.飛船在升空過程中受到平衡力的作用 B.火箭升空利用了力的作用是相互的 C.飛船和火箭分離后可以靠慣性繼續(xù)飛行 D.交會對接時飛船和空間站保持相對靜止 解析:在升空過程中,開始時飛船會受到火箭的推力作用,做加速運(yùn)動,故A錯誤. 答案:A,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,2014年10月24日,“嫦娥五號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,并在8天后以“跳躍式再入”方式成功返回地面.“跳躍式再入”指航天器在關(guān)閉發(fā)動機(jī)后進(jìn)入大氣層,依靠大氣升力再次沖出大氣層,降低速度后再進(jìn)入大氣層,如圖所示.已知地球半徑為R,地心到d點(diǎn)距離為r,地球表面重力加速度為g.下列說法正確的是( ) A.“嫦娥五號”在b點(diǎn)處于完全失重狀態(tài) B.“嫦娥五號”在d點(diǎn)的加速度小于 C.“嫦娥五號”在a點(diǎn)速率大于在c點(diǎn)的速率 D.“嫦娥五號”在c點(diǎn)速率大于在e點(diǎn)的速率 答案:C,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,解析:“嫦娥五號”在b點(diǎn)處于失重狀態(tài),由于受到阻力作用, 不是完全失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯誤;在d點(diǎn), “嫦娥五號”從a點(diǎn)到c點(diǎn),由于阻力作用,則a點(diǎn)速率大于c點(diǎn)速率,選項(xiàng)C正確;從c點(diǎn)到e點(diǎn),沒有空氣阻力,則c點(diǎn)速率和e點(diǎn)速率相等,選項(xiàng)D錯誤.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,知識精要,四,二、人造衛(wèi)星的軌道 如圖所示.衛(wèi)星的軌道可做如下分類: (1)赤道軌道:衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(nèi).同步衛(wèi)星就是其中的一種. (2)極地軌道:衛(wèi)星的軌道過南北兩極,即在垂直于赤道的平面內(nèi).如衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的導(dǎo)航衛(wèi)星軌道. (3)其他軌道:除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道.其軌道平面與赤道成一定角度.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,【例2】 (多選)可以發(fā)射一顆這樣的人造衛(wèi)星,使其圓軌道( ) A.與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面的同心圓 B.與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面的同心圓 C.與地球表面上的赤道線是共面的同心圓,且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的 D.與地球表面上的赤道線是共面的同心圓,但衛(wèi)星相對地球是運(yùn)動的,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,解析:人造衛(wèi)星飛行時,由于地球?qū)πl(wèi)星的引力作為它做圓周運(yùn)動的向心力,而這個力的方向必定指向圓心,即指向地心,故所有無動力的衛(wèi)星其軌道圓的圓心一定要和地球的地心重合,不能是地軸上(除地心外)的某一點(diǎn),故A是不對的. 由于地球同時繞著地軸在自轉(zhuǎn),所以衛(wèi)星的軌道平面也不可能和經(jīng)度線所決定的平面共面,所以B也是不對的. 相對地球表面靜止的就是同步衛(wèi)星,它必須在赤道線平面內(nèi),且距地面有確定的高度,這個高度約為三萬六千千米,而低于或高于該高度的人造衛(wèi)星也是可以在赤道平面內(nèi)運(yùn)動的,不過由于它們的周期和地球自轉(zhuǎn)的周期不相同,就會相對于地面運(yùn)動. 答案:CD,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,(多選)我國曾采用一箭雙星方式,成功地將第十四顆和第十五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空,隨后將它們送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道,最后進(jìn)入地球同步軌道.下列說法正確的是( ) A.它們自開始發(fā)射至進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道的過程中一直處于失重狀態(tài) B.進(jìn)入地球同步軌道后,它們運(yùn)行的角速度都等于地球自轉(zhuǎn)的角速度 C.進(jìn)入地球同步軌道后,若增大后面衛(wèi)星的線速度,它們將在此軌道上相碰 D.進(jìn)入地球同步軌道后,它們繞地球做圓周運(yùn)動的向心加速度的大小相等 答案:BD,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,四,解析:它們自開始發(fā)射至進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道的過程中,起初處于超重狀態(tài),最終處于失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯誤;進(jìn)入地球同步軌道后,它們運(yùn)行的角速度都等于地球自轉(zhuǎn)的角速度,選項(xiàng)B正確;進(jìn)入地球同步軌道后,若增大后面衛(wèi)星的線速度,后面衛(wèi)星將做離心運(yùn)動,它們不可能在此軌道上相碰,選項(xiàng)C錯誤;進(jìn)入地球同步軌道后,它們繞地球做圓周運(yùn)動的向心加速度的大小相等,選項(xiàng)D正確.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,三、衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行與變軌運(yùn)行分析 1.圓軌道上的穩(wěn)定運(yùn)行 一切衛(wèi)星的軌道的圓心都與地心重合,,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,3.人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與繞行速度 (1)發(fā)射速度:將人造衛(wèi)星送入預(yù)定軌道運(yùn)行所必須具有的速度. (2)繞行速度:衛(wèi)星在軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動時所具有的速度,對于人造地球衛(wèi)星,由 ,該速度指的是人造地球衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時的速度,其大小隨軌道半徑的增大而減小,所以衛(wèi)星的運(yùn)行速度v行≤7.9 km/s. 但由于人造地球衛(wèi)星發(fā)射過程中要克服地球引力做功,增大勢能,所以將衛(wèi)星發(fā)射到離地球越遠(yuǎn)的軌道上,在地面所需要的發(fā)射速度越大,衛(wèi)星的最小發(fā)射速度為7.9 km/s.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,4.探索宇宙奧秘的先鋒——空間探測器 深空探測既是人類認(rèn)識宇宙的需要,又是人類為了開發(fā)宇宙資源,擴(kuò)大自身生存環(huán)境的需要.因此,世界上的科技大國都投入巨資進(jìn)行研究,使得深空探測水平和載人航天技術(shù)成為衡量一個國家發(fā)展水平的標(biāo)志.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,【例3】 (多選)我國發(fā)射的“嫦娥二號”探月衛(wèi)星的路線示意圖如圖所示,衛(wèi)星由地面發(fā)射后經(jīng)過發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道,然后在停泊軌道經(jīng)過調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道,經(jīng)過幾次制動后進(jìn)入工作軌道,衛(wèi)星開始對月球進(jìn)行探測.已知地球與月球的質(zhì)量之比為a∶1,衛(wèi)星的停泊軌道與工作軌道的半徑之比為b∶1,衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道上均可視為做勻速圓周運(yùn)動,則衛(wèi)星( ) A.在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的速度之比為 B.在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的周期之比為 C.在停泊軌道運(yùn)行的速度大于地球的第一宇宙速度 D.從停泊軌道進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時,衛(wèi)星必須加速,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,解析:,答案:AD,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,(2016河北保定模擬)“嫦娥三號”探測器發(fā)射到月球上要經(jīng)過多次變軌,最終降落到月球表面上,其中軌道Ⅱ?yàn)閳A形.下列說法正確的是( ) A.探測器在軌道Ⅱ上運(yùn)動時不需要火箭提供動力 B.探測器在軌道Ⅲ經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度小于在軌道Ⅱ經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度 C.探測器在P點(diǎn)由軌道Ⅱ進(jìn)入軌道Ⅲ必須加速 D.軌道Ⅱ是月球衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運(yùn)動的唯一軌道 答案:A,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,解析:探測器在軌道Ⅲ經(jīng)過P點(diǎn)時與在軌道Ⅱ經(jīng)過P點(diǎn)時與月球的距離相同,所受到的萬有引力相同,所以加速度也相同,選項(xiàng)B錯誤;探測器在P點(diǎn)由軌道Ⅱ進(jìn)入軌道Ⅲ必須減速,選項(xiàng)C錯誤;月球衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運(yùn)動根據(jù)速度的不同,可以有許多軌道,選項(xiàng)D錯誤;探測器在軌道Ⅱ上運(yùn)動時沒有阻力,不需要火箭提供動力,選項(xiàng)A正確.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,四、衛(wèi)星與赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體的區(qū)別 1.近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體三種勻速圓周運(yùn)動的異同 (1)軌道半徑:近地衛(wèi)星與赤道上物體的軌道半徑近似相同,同步衛(wèi)星的軌道半徑較大.r同r近=r物.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,(4)動力學(xué)規(guī)律:近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都只受萬有引力作用,由萬有引力提供向心力,滿足萬有引力提供向心力所決定的天體運(yùn)行規(guī)律.赤道上的物體由萬有引力和地面支持力的合力提供向心力(或說成萬有引力的分力提供向心力),它的運(yùn)動規(guī)律不同于衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律.,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,2.衛(wèi)星的向心加速度與物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度的區(qū)別,一,二,三,四,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,【例4】 (多選)同步衛(wèi)星離地心距離為r,運(yùn)行速率為v1,加速度為a1,近地衛(wèi)星的向心加速度為a2,地球的第一宇宙速度為v2,半徑為R,則下列比例關(guān)系中正確的是( ),,一,二,三,四,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,四,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,(多選)“天宮一號”目標(biāo)飛行器在距地面約350 km的圓軌道上運(yùn)行,則飛行器( ) A.速度大于7.9 km/s B.加速度小于9.8 m/s2 C.運(yùn)行周期為24 h D.角速度大于地球自轉(zhuǎn)的角速度 答案:BD 解析:只有衛(wèi)星貼近地面飛行時其速度才等于第一宇宙速度,加速度等于9.8 m/s2,在任意高度的軌道上其繞行速度都小于7.9 km/s,加速度都小于9.8 m/s2,選項(xiàng)A錯誤,B正確;地球同步衛(wèi)星的周期為24 h,天宮一號的軌道半徑遠(yuǎn)小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,其運(yùn)行周期小于24 h,角速度大于地球自轉(zhuǎn)的角速度,選項(xiàng)C錯誤,D正確.,