广东省揭阳市高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行课件 新人教版必修2.ppt

嫦娥奔月 敦煌壁画 飞天 地面上的物体 怎样才能离开地球 解 万有引力提供物体作圆周运动的向心力 问题一 至少要以多大的速度抛出这个物体 才能使它恰好绕地球表面运动 不会落下来 已知 6 67 10 11nm2 kg2 地球质量m 5 89 1024kg 地球半径r 6400km 说明 要使物体恰好绕地球表面运动而不落下来 至少要以7 9km s的速度抛出这个物体 代入数据的v 7 9km s 一 宇宙速度 1 第一宇宙速度v 7 9km s 说明 第一宇宙速度是发射卫星的最小速度 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 3 如果卫星发射速度大于7 9km s 而小于11 2km s 卫星将沿椭圆轨道绕地球运行 当物体的发射速度等于或大于11 2km s时 物体就会克服地球的引力 不再绕地球运行 永远离开地球 2 第二宇宙速度v 11 2km s 如果物体的发射速度等于或大于16 7km s时 物体就能摆脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间去 旅行者 1号探测器1988年飞出太阳系 3 第三宇宙速度v 16 7km s 向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大 哪个需要的发射速度大 高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大 为什么 注 人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度 环绕速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度 发射速度指被发射物体离开地面时的速度 v1 7 9km s第一宇宙速度 最小发射速度 最大运行速度 人造卫星的运行半径r大 需要的v发射大 而v运行却小 高轨道卫星需要的发射速度较大 高轨道卫星的运行速度较小 设地球和卫星的质量分别为m和m 卫星到地心的距离为r 求卫星运动的线速度v 角速度 周期t 二 人造卫星的运动规律 人造卫星的运动规律 地球同步卫星 其r v an均为定值 t 24h 练习1 求近地卫星的周期 我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗 已知 6 67 10 11nm2 kg2 地球质量m 5 89 1024kg 地球半径r 6 37 106m 代入数据 如图所示 a b c d四条轨道中不能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须指向地心 即轨道平面必通过地心 思考 f1 f2 f3 赤道平面 同步卫星定点于赤道上空 卫星轨道平面必通过地心 总结 运动轨迹是椭圆 物体挣脱地球引力 物体飞出太阳系 一 宇宙速度v 第一宇宙速度 v 7 9km s物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动 7 9km s v 11 2km s 第三宇宙速度 16 7km s 第二宇宙速度 v 11 2km s 最小发射速度 最大运行速度 二 人造卫星的运动规律 1 轨道 卫星轨道平面必通过地心同步卫星的轨道与赤道共面 2 万有引力提供向心力 三 梦想成真 谁为人类迈向太空提供科学思想 19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基 喷气推进的多级火箭 第一颗人造地球卫星何时何地发射成功 1957年10月4日苏联 第一艘载人飞船何时何地发射成功 1961年4月12日苏联加加林东方一号载人飞船 人类何时登上月球 1969年7月16日9时32分 美国阿波罗11号升空 对个人来说 这不过是小小的一步 但对人类而言 却是巨大飞跃 中国航天事业 1992年载人航天工程正式启动2003年10月15日9时 神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射 将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈 10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家 神舟六号发射升空 费俊龙聂海胜 神舟七号出舱 神七英雄 1 多选 关于同步卫星 它相对于地面静止不动 下列说法中正确的是 a 它一定在赤道上空b 同步卫星的高度和速率是确定的值c 它运行的线速度一定小于第一宇宙速度d 它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 练习 2 双 如图所示 地球赤道上的山丘e 近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动 设e p q的圆周运动速率分别为v1 v2 v3 向心加速度分别为a1 a2 a3 则 a v1 v2 v3b v1a2 a3d a1 a3 a2 补充 1 卫星从低轨道到高轨道需要 点火加速 2 但在高轨道时速度较小 一 卫星变轨道 2013年12月6日17时47分 嫦娥三号开始实施近月制动 进入100公里环月轨道 12月10日晚21 20分 嫦娥三号探测器将再次变轨 从100公里的环月圆轨道 降低到近月点 b点 15公里 远月点 a点 100公里的椭圆轨道 为下一步月面软着陆做准备 关于嫦娥三号卫星下列说法正确的是 a 卫星在轨道 上a点的加速度小于在b点的加速度b 卫星沿轨道 运动的过程中 卫星中的科考仪器处于失重状态c 卫星从轨道 变轨到轨道 在a点应加速d 卫星在轨道 经过a点时的速度小于在轨道 经过b点时的速度 3 双 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后经点火 使其沿椭圆轨道2运行 最后再次点火 将卫星送入同步圆轨道3 轨道1 2相切于q点 轨道2 3相切于p点 如图所示 则在卫星分别在1 2 3轨道上正常运行时 以下说法正确的是 a 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 b 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 c 卫星在轨道1上经过q点时的加速度大于它在轨道2上经过q点时的加速度 d 卫星在轨道2上经过p点时的加速度等于它在轨道3上经过p点时的加速度 两轨道相切点 加速度大小相等 线速度大小不相等 二 双星系统 天文学家将相距较近 仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星 双星系统在银河系中很普遍 利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量 已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动 周期均为t 两颗恒星之间的距离为r 试推算这个双星系统的总质量 引力常量为g 经过一段时间的演化后 两星的总质量变为原来的k倍 两星之间的距离变为原来的n倍 则周期变为原来的多少倍 三 三星系统 宇宙中存在一些离其他恒星较远的 由质量相等的三颗星组成的三星系统 通常可忽略其他星体对它们的引力作用 已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式 一种是三颗星位于同一直线上 两颗星围绕中央星在同一半径为r的圆轨道上运行 另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上 并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行 设每个星体的质量均为m 1 试求第一种