【课件】宇宙航行 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

7.4宇宙航行 想一想牛顿猜想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面，这个速度有多大？嫦娥奔月 敦敦煌煌飞飞天天的的壁壁画画探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想，怎样才能实现这一梦想呢？牛顿的手稿 牛顿的设想-发射人造卫星原理 牛顿对发射人造卫星的构想：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。1第一宇宙速度第一宇宙速度牛顿的设想牛顿的设想 第一宇宙速度推导 简单认为卫星在地球表面附近（R=r）绕地球做匀速圆周运动：方法一：飞行器运动所需的向心力是由地球对它的万有引力提供，即方法二：黄金代换法mvr 第一宇宙速度数值 已知地球质量或重力加速度g，算出v_，这就是物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。7.9km/s 第一宇宙速度物理意义（1）第一宇宙速度是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度；（2）第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度（）；也就是紧贴地面的运行速度。别称：环绕速度。建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。GMmr2=mv2rv=GM r请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.01024kg，卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？宇宙速度第一宇宙速度即：卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度第一宇宙速度 思考：如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？由第一宇宙速度的计算方法二：则思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星，发射速度必须等于7.9km/s。所以宇宙第一速度是最小的发射速度。所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射速度就不能小于第一宇宙速度。即：人造卫星的运动有何规律？可见：v、T 与 r 为 一 一对应关系高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。FV思考：卫星运动的线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？所以7.9km/s是最小发射速度，也是最大环绕（运行）速度。发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。思考：若发射速度大于7.9km/s，则人造卫星将如何运动？1.极地卫星 极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。2.近地卫星 近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径。3.同步卫星 卫星公转周期与地球自转周期相同的称为地球同步卫星同步卫星的六个“一定”对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。.第一宇宙速度（环绕速度）人造卫星的发射速度与运行速度 发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度，并且一旦发射就再也没有补充能量，被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度，进入运行轨道。因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功消耗动能，所以卫星越高，发射速度越大。运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据 可知，卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小，近地卫星可认为v发=v运，其它较高卫星的v发v运。运行方向与地球自转方向一致。运行方向与地球自转方向一致。周期周期T=24hT=24h角速度与地球自转的角速度相同角速度与地球自转的角速度相同轨道平面与赤道平面重合，在赤道正上方轨道平面与赤道平面重合，在赤道正上方离地表高度均为离地表高度均为36000km36000km 地球同步卫星地球同步卫星（通讯卫星、通信卫星）（通讯卫星、通信卫星）hRMm注意：同步卫星质量可以不同注意：同步卫星质量可以不同,相对地球静止相对地球静止同步卫星、近地卫星、赤道上的物体同步卫星、近地卫星、赤道上的物体赤道上的物体：赤道上的物体：角速度与地球自转相同；角速度与地球自转相同；万有引力提供向心力万有引力提供向心力同步卫星：同步卫星：万有引力提供向心力万有引力提供向心力角速度与地球自转相同角速度与地球自转相同万有引力和地表支持力的合力万有引力和地表支持力的合力提供向心力提供向心力近地卫星：近地卫星：同步卫星、近地卫星、赤道上的物体同步卫星、近地卫星、赤道上的物体赤道上的物体赤道上的物体 =同步卫星同步卫星 近地卫星近地卫星3 3、角速度、角速度:1 1、向心加速度：、向心加速度：近地卫星：近地卫星：赤道上的物体：赤道上的物体：同步卫星：同步卫星：2 2、线速度：、线速度：同步卫星：同步卫星：近地卫星：近地卫星：赤道上的物体：赤道上的物体：2013年6月11日，“神舟十号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员王亚平进行了首次太空授课。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7.9 km/sB介于7.9 km/s和11.2 km/s之间C小于7.9 km/sD介于7.9 km/s和16.7 km/s之间C木星的卫星之一叫艾奥，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18 m/s时，上升高度可达90 m。已知艾奥的半径为R1 800 km，引力常量G6.671011 Nm2/kg2，忽略艾奥的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，求：(1)艾奥的质量；(2)艾奥的第一宇宙速度。不同轨道上运行的卫星，轨道半径 ，线速度 、角速度 、周期 。越大越小越小越长 卫星公转周期与地球自转周期 的称为地球同步卫星。相同第一宇宙速度V1=。第三宇宙速度V3=。第二宇宙速度V2=。7.9km/s11.2km/s16.7km/s由于某种原因，人造地球卫星的轨道半径减小了，那么卫星的（）A速率变大，周期变小B速率变小，周期变大C速率变大，周期变大D速率变小，周期变小一个人造天体飞临某个行星，并进入行星表面的圆轨道，已经测出该天体环绕行星一周所用的时间为T，那么这颗行星的密度是_。同步同步卫星离地心距离星离地心距离为r，运行速度，运行速度为v1，加速度，加速度为a1地球地球赤道上的物体随地球自赤道上的物体随地球自转的加速度的加速度为a2，第一宇宙速度，第一宇宙速度为v2，地球半径地球半径为R则以下正确的是（以下正确的是（）【答案】【答案】AD有有a、b、c、d四四颗地球地球卫星，星，a还未未发射，在地球赤道上随射，在地球赤道上随地球表面一起地球表面一起转动，b处于地面附近近地于地面附近近地轨道上正常运道上正常运动，c是地球同步是地球同步卫星，星，d是高空探是高空探测卫星，各星，各卫星排列位置如星排列位置如图，则下列下列说法正确的是法正确的是Ad的运动周期有可能是的运动周期有可能是23h Bc在在4h内转过的圆心角是内转过的圆心角是Cb在相同在相同时间内内转过的弧的弧长最最长 Da的向心加速度等于重力加速度的向心加速度等于重力加速度g【答案】【答案】C“玉兔号玉兔号”登月车在月球表面成功登陆，实现了中国人登月车在月球表面成功登陆，实现了中国人“奔月奔月”的的伟大梦想，机器人伟大梦想，机器人“玉兔号玉兔号”在月球表面做了一个自由下落实验，在月球表面做了一个自由下落实验，测得物体从静止自由下落测得物体从静止自由下落h高度的时间为高度的时间为t，已知月球半径为，已知月球半径为R，自转周期为，自转周期为T，引力常量为，引力常量为G，则（），则（）A月球表面重力加速度月球表面重力加速度为B月球的第一宇宙速度月球的第一宇宙速度为C月球同步月球同步卫星离月球表面的高度星离月球表面的高度为 D月球月球质量量为【答案】BD