湖南省长沙市长郡中学高中物理(人教必修二)课件：第五节《宇宙航行》解读.ppt

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1、宇宙航行【问题】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需具备什么条件？【问题】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需具备什么条件？抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会消失什么结果？牛顿的思考与设想：牛顿人造卫星原理图地球【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球外表运动，不会落下来？(G=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km)法一：万有引力供给物体作圆周运动的向心力【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球外表运动，不会落下来？(G=6.6710-

2、11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km)法一：万有引力供给物体作圆周运动的向心力【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球外表运动，不会落下来？(G=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km)法一：万有引力供给物体作圆周运动的向心力【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球外表运动，不会落下来？(假设地球外表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)(G=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km)法二：重力供给物体作圆周运动的

3、向心力法二：重力供给物体作圆周运动的向心力一、宇宙速度1.第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面四周绕地球做匀速 圆周运动所必需具备的速度(1)假设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；说 明：(1)假设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；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面四周作匀速圆周运动；说 明：(1)假设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；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面四周作匀速圆周运动；(3)假设大于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

4、的一个焦点 说 明：v2=11.2 km/s2.其次宇宙速度这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度v2=11.2 km/s2.其次宇宙速度这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度假设人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，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焦点3.第三宇宙速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度假设人造天体具有这样的速度，就可以摆

5、脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了【探究问题二】(1)如下图，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc【探究问题二】(1)如下图，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作圆周运动的向心力必需指向地心abc【探究问题二】(1)如下图，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作圆周运动的向心力必需指向地心(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？abc地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.891024kg,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,假设要放射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的离地面高

6、度h.(2)地球同步卫星的围绕速度v.练习：结论：地球同步卫星必需放射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度围绕地球做圆周运动。地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.891024kg,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,假设要放射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的离地面高度h.(2)地球同步卫星的围绕速度v.练习：二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念 二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念(1)放射速度：指被放射物在地面四周离开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，被放射物仅依

7、靠自己的初动能克服地球引力上升肯定的高度，进入运动轨道 二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念(1)放射速度：指被放射物在地面四周离开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升肯定的高度，进入运动轨道(2)围绕速度：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“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念留意:卫星的实际围绕速度肯定小于放射速度.(1)放射速度：指被放射物在地面四周离开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，

8、被放射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升肯定的高度，进入运动轨道(2)围绕速度：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“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？学生思考(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？(2)所需要的放射速度，哪一个更大？为什么？学生思考(3)放射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？放射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？(2)所需要的放射速度，哪一个更大？为什么？学生思考第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?

9、【探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：同步卫星速度:v=3.1km/sv1=7.9km/s【探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：同步卫星速度:v=3.1km/sv1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的放射速度,也是最大的围绕速度结论:【探究问题三】线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越

10、_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_小思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_小小思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_小大小思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_小大小小思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_小大小小小思考对于绕地球运动的人造卫星：1离地面越高，向心力越_2离地面越高，线速度越_3离地面越高，周期越_4离地面越高，角速度越_5离地面越高，向心加速度越_ 练习：能否放射一颗周期为80min的人造地球卫星？一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力供给:二、三种宇宙速度：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力供给:v1=7.9km/s 会推导v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s