高中物理 宇宙航行课件 新人教版必修2.ppt

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1、推导卫星绕行星线速度、推导卫星绕行星线速度、角速度、周期与半径的关角速度、周期与半径的关系系?rGMv GMrT3243GMwrr v w T a 与卫星与卫星质量无关质量无关 “一定全定一定全定” 2G Mar行星不同高度的卫星不同高度的卫星22222()MmvGmmrwmrrrT 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 .6

2、1089.51067.6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所必须具

3、备的速度 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人造行星的最小发射速度n如果人造天体的速度大于如果人造天体的速度大于11

4、.2km/s而小于而小于16.7km/s，则它绕太阳作椭圆运动，太阳就成为该椭圆轨道的则它绕太阳作椭圆运动，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点一个焦点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 （一）、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）发射速度发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置：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

5、，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）环绕速度环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀：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速圆周运动的线速度当卫星“贴着贴着”地面运行时，运地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度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探究问题二：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心（2）这

6、三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？卫星的轨道n其他轨道n极地轨道n赤道轨道二、同步卫星二、同步卫星课堂练习： 已知地球的半径是已知地球的半径是6400km6400km，地球自转的周期，地球自转的周期24h24h，地球的，地球的质量质量5.895.8910102424kgkg，引力常量，引力常量=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若，若要发射一颗地球同步卫星，试求：要发射一颗地球同步卫星，试求： （1 1）地球同步卫星的离地面高度）地球同步卫星的离地面高度h h （2 2）地球同步卫星的环绕速度）地球同步卫星的环绕速度v v22)2( rrT

7、mMmG3224rGMTRGMTh3224632242411104 . 614. 34)1064. 8 (1089. 51067. 6km35800rvMmG22mrhRGMGMvr762411106 . 3104 . 61089. 51067. 6skm072. 3(r=h+R)同步卫星同步卫星（二）、（二）、宇宙速度（宇宙速度（1）mMV=?r半径越大，环半径越大，环绕速度越小。绕速度越小。 讨论讨论1： 质量为质量为 m 的人造卫星的人造卫星，绕质，绕质量为量为 M 的地球作半径为的地球作半径为 r 的的匀速圆周运动，卫星的线匀速圆周运动，卫星的线速速度有度有 V 与轨道半径与轨道半径r

8、之间有之间有何关系呢何关系呢？方程：方程：结论：结论：小大万VrrGMVrVmrMmGF22分析：分析：万有引力作为向心力万有引力作为向心力:宇宙速度（宇宙速度（2）小大 VrrGMV高轨道高轨道低轨道低轨道讨论讨论2：向高轨道向高轨道发射卫星容易还是发射卫星容易还是向低轨道发射卫星向低轨道发射卫星容易？容易？。虽然虽然“R大，大，V小小”，但向，但向高高轨道发射卫星比向低轨道发射轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。卫星难。因为向高轨道发射卫星，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引火箭要克服地球引力对它的引力做的功多力做的功多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

9、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=3.1km/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:课堂练习：课堂练习：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

10、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能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为80min80min的人造地球卫星？的人造地球卫星？ 课堂练习:GMTR32s2411361089. 51067. 6)104 . 6(14. 32min85卫星的卫星的最小周最小周期期航天史：航天史：1、1957年年10月月4日世界上日世界上第一颗人造卫星第一颗人造卫星在苏联发射成功。在苏联发射成功。2、1961年年4月月12日苏联空军少校加加林进入了日苏联空军少校加加林进入了东方一号东方一号载人载人飞船。飞船绕地球飞行一圈，历时飞船。飞船绕

11、地球飞行一圈，历时108分，安全降落在地面，分，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。铸就了人类进入太空的丰碑。3、1969年年7月月16时时32分，分，阿波罗阿波罗11号号飞船在美国卡纳维拉尔飞船在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月月20日日10时时56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句载入史册的名言：载入史册的名言：“对个人来说，这不过十小小的一步，但对对个人来说，这不过十小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。人类而言，却是巨大的飞跃。”4、1992

12、年中国载人航天工程正式启动。年中国载人航天工程正式启动。2003年年10月月15日日9时，时，我国我国神州五号神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于圈后，于10月月16日日6时时23分安全降落在内蒙古主着陆场。分安全降落在内蒙古主着陆场。四、梦想成真四、梦想成真5、2005年年10月月12日日17日，日，神舟六号神舟六号载人飞船经载人飞船经过过115小时小时32分的太空飞行，在完成我们真正意义分的太空飞行，在完成我们真正意义上有人参与的空间科学实

13、验后返航顺利着陆，航天上有人参与的空间科学实验后返航顺利着陆，航天员费俊龙、聂海胜安全返回。员费俊龙、聂海胜安全返回。6、我国探月计划我国探月计划2004年年2007年年为为“绕绕”的阶段，主要目标是发的阶段，主要目标是发射射“嫦娥一号嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期探测卫星，对月球进行为期1年的全年的全球性、整体性和综合性探测。球性、整体性和综合性探测。2007年年2012年年为为“落落”的阶段，主要目标是实的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月球巡视探测。现月球表面软着陆与月球巡视探测。2012年年2017年年为为“回回”的阶段，主要目标是实的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆并采样返回。现月球表面软着陆并采样返回。只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月。施载人登月。小小结结222224rTmrmrrvmMmG