【公开课】宇宙航行+课件-高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、7.4宇宙航行v0当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？从高山上水平抛出一个物体从高山上水平抛出一个物体:平抛运动平抛运动物体绕地球表物体绕地球表面做匀速圆周面做匀速圆周运动运动牛顿的思想实验：牛顿的思想实验：300300多年前，牛顿曾提出过一多年前，牛顿曾提出过一个著名的思想实验：从高山上水平个著名的思想实验：从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星人造地球卫星地球地球 如果没有空气阻力如果没有空气阻力,当速度当速度足够大时足够大时,物体就永远不会落到物

2、体就永远不会落到地面上地面上,它将成为一颗绕地球运它将成为一颗绕地球运动的动的人造地球卫星人造地球卫星.设：地球质量为设：地球质量为m m地地，物体质量为，物体质量为m m、到地心的距离为、到地心的距离为r r、物体在地面附近绕地球运动速度为物体在地面附近绕地球运动速度为v.v.宇宙速度宇宙速度这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的环环绕速度绕速度，叫做，叫做第一宇宙速度第一宇宙速度。对于近地卫星，可以认为此时的对于近地卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径近似等于地球半径R物体在地面附近物体在地面附近绕地球做圆周运动，地球对物体的万有绕地球做

3、圆周运动，地球对物体的万有引力提供物体运动所需向心力。引力提供物体运动所需向心力。第一宇宙速度的推导宇宙速度宇宙速度其他星球的第一宇宙速度(2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。人造卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。人造卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径r卫星的绕行速度v、角速度、周期T、向心加速度a为：由由 得：得：由由 得：得：由由 得：得：vGMmr2=mv2rGMmr2=m2rGM42r3由由 得：得：aGr2mM=maGMr2GMmr2=m r4T22可见：卫星运动情况可见：卫星运动情况(a、V、T)是是由由 r r 惟惟 一决定一

4、决定记忆口诀：记忆口诀：“高轨低速长周期高轨低速长周期”回顾航天史回顾航天史世界上第世界上第一个想利一个想利用火箭飞用火箭飞行的人行的人 梦想成真（航空领域重大成就）1414世纪世纪 总结宇宙航行1.第一宇宙速度：；是最小的发射速度，也是最大的运行速度；2.近地卫星：贴地飞行，线速度v=7.9km/s；3.同步卫星：轨道半径42000km，周期24h，线速度v=3.1km/s；4.卫星轨道参数规律：高轨低速大周期。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

5、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。人造卫星的最初构想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=610

6、2424kgkg，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）第一宇宙速度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

7、阳最小最小卫星的变轨问题卫星的变轨问题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：=减速减速卫星的卫星的发射发射过程：过程：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

8、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卫星的轨道卫星的轨道卫星的轨道卫星的轨道思考：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？卫星的运动规律卫星的运动规律卫星的运动规律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

9、大环绕速度环绕速度同步卫星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周运运动的轨道，轨道动的轨道，轨道和和在在P P点相切，则点相切，则()

10、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在太空中有两飞行器在太空中有两飞行器a a、b b，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行，行，a a在前在前b b在后，它都配有能沿运动方向在后，它都配有能沿运动方向向前或向后向前或向后喷气

11、的发动机，喷气的发动机，现要想现要想b b 尽快追上尽快追上a a 并完成对接，并完成对接，b b应采取的措施是（应采取的措施是（）A A、沿运动方向喷气、沿运动方向喷气 B B、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气C C、沿运动反方向喷气、沿运动反方向喷气 D D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气Ba ab b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