高中物理必修二_6-5_宇宙航行.ppt
5 5宇宙航行 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？问题：牛顿人造卫星原理图牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 牛顿的设想过程法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 .7/62411104 .61089.51067.6法二：重力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）一宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 n说明：说明：（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；地面而不能绕地球运转；（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；速圆周运动； （3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点 、第二宇宙速度（脱离速度）n这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度的最小发射速度n如果人造天体的速度大于如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，则它的运则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点焦点v2=11.2 km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度） n这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度n如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/s各种各样的卫星各种各样的卫星探究问题二：人造卫星的轨道（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？ 课堂练习：人造卫星的运行规律卫星的绕行速度v 、角速度 、周期T与轨道半径 r 的关系1、绕行速度v与r的关系2vFmr2MmFGrrvGMvr2、角速度与r的关系2Fmr2MmFGr3GMr3、周期T与r的关系2Fmr2T22FmrT2MmFGr234rTGM不同高度的卫星课堂练习：课堂练习：人造卫星的运行规律线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：rGMv3rGMGMrT322rGMa 思考：对于绕地球运动的人造卫星：思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越 （2 2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越（3 3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（4 4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（5 5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小 二、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念 （1 1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道度，进入运动轨道（2 2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着贴着”地面运行时，地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度运行速度等于第一宇宙速度 注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一 速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度 大又说明什么？学生思考：学生思考：（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？ 为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？三、地球同步卫星三、地球同步卫星1. 周期周期 T = _24h2. 轨道平面轨道平面_赤道平面赤道平面4. R4. R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“全部固定全部固定”（如何求？） 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星，又叫通讯卫星思考：同步卫星的哪些思考：同步卫星的哪些物理量是不变的呢？物理量是不变的呢？同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？探究问题三：提示：提示：同步卫星速度：同步卫星速度：V=9.67102m/s v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的发射速度第一宇宙速度是最小的发射速度, ,也是最大的环绕速度也是最大的环绕速度结论:练习：求近地卫星的周期6 31124(6.37 10 ) 2 3.146.67 105.98 10 s 地GMrT32我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？3 5.06 1084.3minsPQ设在小圆轨道P点处的速度为V1，椭圆轨道P点处的速度为V2，椭圆轨道Q点处的速度为V3,大圆轨道Q点处的速度为V4,试比较四个速度的大小关系V2V1V4V3小结：小结： 一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的 向心力由万有引力提供:rTmrmrmvrMmG222224二、三种宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s
