课件 第六节 经典力学的局限性.ppt

,第六章万有引力与航天,6.5宇宙航行,情景导入：,万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也开辟了上天的理论之路。,现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮。人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间。”1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星“旅行者1号”，人类开始迈入航天时代。,2003年10月15日，“神舟五号”飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，这标志着我国进入了载人航天时代。,那么，多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？,牛顿设想：地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？,300多年前，牛顿提出设想,一、人造卫星：,1、人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物体就成为地球的卫星。,2、卫星的轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道。,3、卫星的种类：,卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心。卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。,卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普列第三定律。,卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类。,赤道轨道,极地轨道,倾斜轨道,同步轨道,自转轴,4、卫星的运行：,卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形，这样卫星的运动看成是匀速圆周运动，其受到地球的万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向心力。,设地球质量为M，人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r，线速度大小为v，角速度为，周期为T，向心加速度为a。,设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？,卫星离地心越远，它运行的速度越慢。,这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。,近地面的卫星的速度是多少呢？,提示：同学们算算，近地卫星的周期又是多少呢？,思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？,不能！,二、宇宙速度,1、第一宇宙速度：(环绕速度）,V1=7.9km/s,地球,11.2km/sv7.9km/s,2、第二宇宙速度(脱离速度),V2=11.2km/s,V3=16.7km/s,3、第三宇宙速度：（逃逸速度）,人造行星,人造恒星,人造卫星,概念辨析发射速度和运行速度,1、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。,2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。,rv,近地卫星,其它卫星,宇宙速度均指发射速度,第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度,四、人造卫星的超重和失重,1、发射和回收阶段,发射,加速上升,超重,回收,减速下降,超重,2、沿圆轨道正常运行,只受重力,a=g,完全失重,与重力有关的现象全部消失,天平,弹簧秤测重力,液体压强计,五、地球同步卫星,1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T24h,2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。,思考：地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h？,所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。注：为了卫星之间不互相干扰，大约3左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。,同步卫星,近地卫星,月球,近地卫星、同步卫星、月球三者比较,例题分析（双星问题）,解题要点：,双星的向心力大小相同双星的角速度相同,凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:,重力=万有引力=向心力,神州六号的发射模拟,例1:,设地球的质量不变,而地球半径增加为原来的2倍,那么从地球发射的第一宇宙速度的大小应为原来的()A.倍B.倍C.倍D.2倍,B,例2：,关于宇宙速度，下列说法正确的是：（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小速度,A,例3：,关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的,ACD,如图所示，a、b、c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：A、b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度；B、b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度；C、c加速可追上同一轨道上的b，b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。,例题分析,D,小结：,一、宇宙速度1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s2、第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸