高一物理（粤教版)必修二第3章第3节《飞向太空》（42张ppt）

欢迎进入物理课堂 第三节飞向太空 一 飞向太空的桥梁 火箭1 人造卫星的发射 要成为地球的人造卫星 发射速度必须达到 km s 要成为太阳的人造卫星 发射速度必须达到 km s 7 9 11 2 2 发射卫星的火箭 1 原理 利用燃料燃烧向后急速喷出气体产生的 使火箭向前射出 2 组成 主要有壳体和燃料两部分 3 多级火箭 用几个火箭连接而成的火箭组合 一般为 级 反作用力 三 二 遨游太空 东方1号 阿波罗 哥伦比亚号 神舟五号 三 空间探测器1962年美国的 探测器对金星进行了近距离的考察 1989年美国的 伽利略号 木星探测器发射成功 2003年美国的 与 火星探测器发射成功 勇气号机遇号 水手2号 一 火箭与人造卫星1 人造卫星 人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度 速度达到7 9km s可进入绕地球飞行的轨道 成为人造地球卫星 速度达到11 2km s可成为太阳的人造卫星 2 三级火箭 1 一级火箭最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度 发射卫星要用多级火箭 2 三级火箭的工作过程 火箭起飞时 第一级火箭的发动机 点火 燃料燃尽后 第二级火箭开始工作 并自动脱掉第一级火箭的外壳 以此类推 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备 这些附属设备具有一定的质量 并且级数越多 连接部位的附属设备质量越大 并且所需的技术要求也相当精密 因此 火箭的级数并不是越多越好 一般用三级火箭 二 空间探测器与卫星 或宇宙飞船 的变轨问题1 空间探测器简介 目前的载人航天还仅仅局限于地月系统 由于进行太空航行需要通过极长的距离 花费极长的时间 载人航行所需的技术条件要求极高 目前难以实现 因此进行深空探测 需要利用空间探测器 1989年 美国宇航局发射 伽利略号 探测器飞行六年到木星 对木星进行了长达七年的考察 见证了 彗木大碰撞 的辉煌 向人们发回了许多宝贵资料 2003年6月与7月 美国的 机遇号 与 勇气号 火星探器分别成功发射 其中 机遇号 登火星后失去联系 勇气号 于2004年1月登陆火星成功 2 卫星 宇宙飞船 的变轨问题 卫星 宇宙飞船 在运行过程中 中心天体对卫星 宇宙飞船的万有引力充当向心力 当万有引力恰好提供向心力时 卫星 宇宙飞船 在原轨道上运动 当万有引力小于所需要向心力时 卫星 宇宙飞船 做远离中心天体的运动 当万有引力大于所需要向心力时 卫星 宇宙飞船 做靠近中心天体的运动 航天技术中的力学问题 多选 如右图所示 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆形轨道1 然后在Q点让火箭发动机点火加速使其沿椭圆轨道2运行 最后在卫星飞至远地点P时 再次让火箭发动机点火将卫星送入同步轨 道3 轨道1 2相切于Q点 轨道2 3相切于P点 飞船在轨道 1经Q点的速度为v1Q 飞船在轨道2经Q点的速度为v2Q 飞船在轨道2经P点的速度为v2P 飞船在轨道3经P点的速度为v3P 飞船在Q点的加速度aQ 飞船在P点的加速度为aP 以下关系式中正确的是 A v1Q v2QB v2Q v2PC v2PaP 思维总结 这是一个把卫星发射到预定轨道上去的情景模型 涉及了卫星的发射和运行中的线速度 向心加速度的基本知识 求解此类题目必须运用万有引力定律和匀速圆周运动的规律 要注意 只有在圆周轨道上才是万有引力全部提供向心力 卫星的椭圆轨道的半长轴与卫星到地心的距离是不同的 变式训练 1 发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道 发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方 如右下图所示 这样选址的优点是 在赤道附近 A 地球的引力较大B 地球自转线速度较大C 重力加速度较大D 地球自转角速度较大 B 卫星中的超重与失重 2005年10月12日9时 我国继成功发射 神舟五号 载人飞船之后 神舟六号 双人飞船再次顺利发射升空 并绕地球飞行115 5小时后成功返回降落在预定位置 试回答以下几个问题 1 载人宇宙飞船在发射升空的过程中 宇航员处于 状态 若在距地面不太远的地点 飞船内的宇航员对座位的压力是他在静止时重力的4倍 则此时飞船的上升加速度为 2 载人飞船在发射升空时 如果宇航员保持直立姿态 他的心脏和血管会受到怎样的影响 宇航员应采取怎样的姿态最好 3 宇宙飞船的轨道舱是宇航员在轨道上进行科学实验的场所 在轨道舱里 下列哪些仪器不能使用 A 水银气压计B 天平C 摆钟D 多用电表E 弹簧秤F 酒精温度计 4 飞船在预定轨道上运行时 宇航员处于完全失重状态 下列说法正确的是 A 宇航员不受重力作用B 宇航员受力平衡C 宇航员不受任何力作用D 宇航员仍受重力作用 解析 1 在加速上升过程中 宇航员具有向上的加速度 受到的支持力大于重力 故处于超重状态 对宇航员应用牛顿第二定律可得 N mg ma 则a N mg m 3g 29 4m s2 2 在超重状态下 人的头部血液会流向下肢 抑制了血液向心脏和脑部的回流 心脏输血量减少 动脉血压降低 脑供血不足 轻则头晕 视物模糊 反应迟钝 重则丧失意识 失去控制操作仪器的能力 因此 在发射和降落时 超重阶段 宇宙员应采取的最佳姿态是仰卧 3 飞船中能正常使用的仪器 其工作原理必须是与重力的作用无关的 其中水银气压计是利用了水银的重力与大气压力相平衡而测量大气压的 天平是利用了砝码与待测物体的重力对天平横杆支点的力矩平衡而测量物体质量的 摆钟的摆动是由钟摆的重力沿切线方向上的分力导致 以上这三种仪器的工作原理均与重力有关 在超重与失重状态 天平是完全失重状态 下均不能正确地测量气压 质量和时间 因而不能使用 多用电表是运用电磁作用原理制作的 弹簧秤是依据胡克定律 根据弹簧的伸长量与所受外力成正比的原理测量力的大小 酒精温度计是利用酒精的热胀冷缩原理指示环境温度的 以上三种仪器均与重力作用无关 因此在超重 失重状态仍能正常使用 弹簧秤在此时虽不能测量重力但可测量其他的力 4 飞船内的宇航员随飞船绕地球做圆周运动时当然受重力 即万有引力 的作用 只是重力全部提供了向心力 所以 他对支持面的压力或对悬线拉力为零 处于完全失重状 态 故选项A C错误 D正确 由于宇航员随同飞船一起做圆周运动 其合力即重力产生向心加速度 故宇航员受力不平衡 选项B错误 答案 1 超重29 4m s2 2 见解析 3 ABC 4 D思维总结 要明确分析卫星及其内载物体的超重 失重和完全失重的问题 与分析升降机中物体的超重 失重的原理完全相同 即 超重 失重 是指物体对支持面的压力或对悬线拉力大于 小于 重力的情形 完全失重是指物体对支持面的压力或对悬线拉力减为零的情形 超重时 物体具有 向上的加速度 失重时 物体具有向下的加速度 完全失重时 物体向下的加速度等于所在位置的重力加速度 但不管超重还是失重 物体的重力并没有改变 变式训练 2 太空舱绕地球飞行时 下列说法中错误的是 A 太空舱做圆周运动所需的向心力由地球对它的吸引力提供B 太空人感觉舱内物体失重C 地球对舱内物体无吸引力D 太空舱内无法使用天平 C 基础达标 1 关于地球的第一宇宙速度 下列表述正确的是 A 第一宇宙速度又叫环绕速度B 第一宇宙速度又叫脱离速度C 第一宇宙速度跟地球的质量无关D 第一宇宙速度跟地球的半径无关 A 2 双选 人造卫星进入轨道做匀速圆周运动时 卫星内的物体将 A 处于完全失重状态 所受万有引力为零B 处于完全失重状态 但仍受到万有引力的作用C 所受的万有引力就是维持它随卫星一起做匀速圆周运动所需的向心力D 处于平衡状态 合外力为零 BC 3 2008年9月25日 我国成功发射了搭载3名宇航员的 神舟七号 飞船 在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时 它的线速度大小 A 等于7 9km sB 介于7 9km s和11 2km s之间C 小于7 9km sD 介于7 9km s和16 7km s之间 4 双选 人们离开大气层 进行航天飞行所需的运载工具可以是 A 喷气式飞机B 火箭C 直升机D 航天飞机 解析 喷气式飞机和直升机必须依靠空气进行飞行 不能离开大气层 故不选A C 火箭和航天飞机依靠自身携带的燃料 可以飞出大气层 故选B D 答案 BD 5 人造卫星在太空绕地球运行时 若天线偶然折断 天线将 A 继续和卫星一起沿轨道运行B 做平抛运动 落向地球C 由于惯性 沿轨道切线方向做匀速直线运动D 做自由落体运动 落向地球 解析 折断后的天线与卫星具有相同的速度 天线受到地球的万有引力全部提供其做圆周运动的向心力 情况与卫星的相同 故天线仍沿原轨道与卫星一起做圆周运动 A对 B C D错 答案 A 能力提升 6 人造卫星绕地球做匀速圆周运动 其轨道半径为R 线速度为v 周期为T 若要使它的周期变为2T 可能的方法是 A R不变 使线速度变为B v不变 使轨道半径变为2RC 轨道半径变为D 无法实现 7 探路者 号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中 发现A B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星 并测得两颗卫星的周期相等 以下判断错误的是 A 天体A B表面的重力加速度与它们的半径成正比B 两颗卫星的线速度一定相等C 天体A B的质量可能相等D 天体A B的密度一定相等 8 2013 茂名二模 天宫一号 绕地球的运动可看做匀速圆周运动 转一周所用的时间约90分钟 下列说法正确的是 A 天宫一号 离地面的高度比地球同步卫星离地面的高度小 B 天宫一号 的线速度比地球同步卫星的线速度小 C 天宫一号 的向心加速度比地球同步卫星向心加速度大 D 当宇航员刘洋站立于 天宫一号 内不动时 她受力平衡 解析 天宫一号 绕地球做匀速圆周运动的半径比同步卫星小 则线速度 向心加速度都比同步卫星的大 刘洋站立于 天宫一号 内时 她随着 天宫一号 一起做圆周运动 有向心加速度 受力不平衡 正确答案是AC 答案 AC 9 宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行 变轨后的半径为R2 R1 R2 宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动 则变轨后宇宙飞船的 A 线速度变小B 角速度变小C 周期变大D 向心加速度变大 D 10 双选 假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍 仍做圆周运动 则 感谢您的使用 退出请按ESC键 本小节结束 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全