【高中物理】宇宙航行课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

中物理第第4 4节节 宇宙航行宇宙航行第七章 万有引力与宇宙航行方法一、方法一、假设在天体表面有一个质量为假设在天体表面有一个质量为m m的物体，忽略天体自转的物体，忽略天体自转的影响，该物体所受重力的大小就等于天体对它的万有的影响，该物体所受重力的大小就等于天体对它的万有引力的大小。引力的大小。方法二、环绕法方法二、环绕法找一个星球围绕着天体做匀速圆周运动，根据万有引力找一个星球围绕着天体做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力列方程。提供向心力列方程。复习回顾：复习回顾：计算计算天体质量的两种方法天体质量的两种方法新课引入中国的飞天梦历程嫦娥奔月万户飞天中国航天实际上，早在实际上，早在 1687 1687 年出版的自然哲学的数学原理年出版的自然哲学的数学原理中，中，牛顿就设想牛顿就设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；当抛出速度足够大比一次大，落地点也就一次比一次远；当抛出速度足够大时，落地点就会远到恰好绕地球一圈。这时，物体就不再时，落地点就会远到恰好绕地球一圈。这时，物体就不再落回地面，而是成为一颗围绕着地球运动的人造卫星。落回地面，而是成为一颗围绕着地球运动的人造卫星。一、人造卫星的最初构想一、人造卫星的最初构想思考：思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会成为人造卫星而不会落以多大的速度抛出这个物体，它才会成为人造卫星而不会落下来？（已知下来？（已知=6.6710=6.6710-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2，地球质量，地球质量 M=610 M=6102424kgkg，地，地球半径球半径R=6400kmR=6400km，地球表面重力加速度，地球表面重力加速度g=9.8m/sg=9.8m/s2 2）二、第一宇宙速度二、第一宇宙速度什么是什么是第一宇宙速度第一宇宙速度？第一层含义：第一层含义：从从地面地面发射卫星的发射卫星的最小最小发射速度发射速度第二层含义：第二层含义：卫星在卫星在地面附近地面附近围绕地球做围绕地球做匀速圆周运动匀速圆周运动时时的的环绕速度环绕速度（第二宇宙速度）（第二宇宙速度）（第三宇宙速度）（第三宇宙速度）三个宇宙速度三个宇宙速度最小最小地面附近地面附近匀速圆周运动匀速圆周运动11.211.2地球地球最小最小16.716.7太阳太阳最小最小【例例1 1】A A星球的第一宇宙速度为星球的第一宇宙速度为9km/s9km/s，已知，已知B B星球的质星球的质量是量是A A星球质量的星球质量的1/811/81，A A星球半径是星球半径是B B星球半径的星球半径的4 4倍，倍，则在则在B B星球上发射卫星的最小发射速度约为多少？星球上发射卫星的最小发射速度约为多少？三、卫星的变轨问题三、卫星的变轨问题123Q在在1 1号号轨道上经过轨道上经过Q Q点点时时：要想要想在在Q Q点点进入进入2 2号号轨道轨道：离心运动离心运动P在在2 2号号轨道上经过轨道上经过P P点点时时：要想要想在在P P点点进入进入3 3号号轨道轨道：=减速减速例例2 2、如如图图所所示示，“嫦嫦娥娥一一号号”探探月月卫卫星星被被月月球球捕捕获获后后，首首先先稳稳定定在在椭椭圆圆轨轨道道上上运运动动，其其中中P P、Q Q 两两点点分分别别是是轨轨道道的的近近月月点点和和远远月月点点，是是卫卫星星绕绕月月球球做做圆圆周运动的轨道，轨道周运动的轨道，轨道和和在在P P点相切，则点相切，则()A.A.卫星沿轨道卫星沿轨道运动，在运动，在P P点的速度大于点的速度大于Q Q点的速度点的速度B.B.卫星沿轨道卫星沿轨道运动，在运动，在P P点的加速度小于点的加速度小于Q Q点的加速度点的加速度C.C.卫星分别沿轨道卫星分别沿轨道、运动到运动到P P点的加速度不相等点的加速度不相等D.D.卫星要从轨道卫星要从轨道进入轨道进入轨道，须在，须在P P点加速点加速AAAA卫星的卫星的发射发射过程：过程：卫星的卫星的回收回收过程：过程：四、宇宙飞船与空间站对接四、宇宙飞船与空间站对接四、宇宙飞船与空间站对接四、宇宙飞船与空间站对接思考：思考：能否把宇宙飞船先发射到能否把宇宙飞船先发射到空间站的空间站的同一轨道同一轨道上，再上，再直接加速直接加速追上空间站实现追上空间站实现对接呢？对接呢？对接过程和方法：对接过程和方法：1 1、飞船首先在一个、飞船首先在一个比空间站低比空间站低的的圆轨道圆轨道上运上运行，当运行到适当行，当运行到适当位置时，位置时，点火加速点火加速进入到一个进入到一个椭椭圆轨道圆轨道上。上。2 2、当空间站和飞船、当空间站和飞船恰好同时恰好同时运运行到行到两轨道的切点两轨道的切点时时,飞船飞船再次再次点火加速点火加速实现对接。实现对接。空间站空间站空间站空间站飞船飞船五、卫星的轨道五、卫星的轨道五、卫星的轨道五、卫星的轨道思考：思考：如图所示，如图所示，A A、B B、C C、D D四条四条圆轨道中圆轨道中不能不能作为卫星轨道的作为卫星轨道的是哪一条？是哪一条？六、卫星的运动规律六、卫星的运动规律六、卫星的运动规律六、卫星的运动规律第一宇宙速度第一宇宙速度1.1.发射卫星的发射卫星的最小最小地面发射速度地面发射速度2.2.卫星在卫星在地面附近地面附近绕地球做绕地球做匀速圆周运动匀速圆周运动时的时的环绕速度环绕速度3.3.卫星绕地球做卫星绕地球做匀速圆周运动匀速圆周运动时的时的最大最大环绕速度环绕速度例例4、如图所示，、如图所示，a、b、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的是在地球大气层外圆形轨道上运动的 3 颗卫星，下列说法正确的是（颗卫星，下列说法正确的是（）A.b、c 的线速度大小相等，且小于的线速度大小相等，且小于 a 的线速度的线速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于 a 的向心加速度的向心加速度 C.c加速可追上同一轨道上的加速可追上同一轨道上的 b，b 减速可等候同一轨道上的减速可等候同一轨道上的 c D.a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大AD七、同步卫星七、同步卫星周期周期一定：一定：24h24h角速度角速度一定：等于地球自转的角速度一定：等于地球自转的角速度线速度线速度一定：一定：3.1103 m/s离地高度离地高度一定：一定：3.6104 km向心加速度向心加速度一定：一定：0.230.23 m/s2例例5 5、如如图图所所示示，a a为为地地面面上上的的待待发发射射卫卫星星，b b为为近近地地圆圆轨轨道道卫卫星星，c c为为地地球球同同步步卫卫星星.三三颗颗卫卫星星质质量量相相同同.三三颗颗卫卫星星的的线线速速度度分分别别为为v va a、v vb b、v vc c，角角速速度度分分别别为为a a、b b、c c，周周期期分分别别为为T Ta a、T Tb b、T Tc c，向向心力分别为心力分别为F Fa a、F Fb b、F Fc c，则，则()A.A.a ac cb b B.F B.Fa aF Fc cFFb bC.vC.va av vc cvTTb b八、双星系统八、双星系统1 1、定义：、定义：宇宙中两颗相距较近的天体称为宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星双星”，它们，它们在彼此之间的万有引力的作用下以二者连线上的某一点为在彼此之间的万有引力的作用下以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。圆心做匀速圆周运动。2 2、特点：、特点：两星球的轨道半径之和等于它们之间的距离两星球的轨道半径之和等于它们之间的距离向心力大小相等向心力大小相等周期、角速度相同周期、角速度相同例6、经测量，双星运动的周期为T，双星之间的距离为L，G已知，求双星的总质量？对对1 1分析：分析：对对2 2分析：分析：=【课后小结】【课后小结】宇宇宙宙航航行行三大宇宙速度三大宇宙速度卫星的发射和回收卫星的发射和回收宇宙飞船与空间站的对接宇宙飞船与空间站的对接卫星的变轨卫星的变轨卫星的轨道和运行规律卫星的轨道和运行规律同步卫星同步卫星双星系统双星系统