人教版物理必修二第六章第五节 宇宙航行.ppt

第六章万有引力与航天 第五节宇宙航行 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 一 牛顿的设想 牛顿曾设想 从高山上用不同的水平速度抛出物体 速度一次比一次大 则落点一次比一次远 如不计空气的阻力 当速度足够大时 物体就永远不会落到地面上来 而围绕地球旋转 成为一颗人造地球卫星 简称 人造卫星 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 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 已知 6 67 10 11Nm2 kg2 地球质量M 5 89 1024kg 地球半径R 6400km 若已知地球表面重力加速度g 9 8m s2 R 6400km 二 宇宙速度 1 第一宇宙速度v1 7 9km s 说明 第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度 发射速度低于它 卫星将落回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速圆周运动 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备的速度 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 地心是椭圆轨道的一个焦点 第二宇宙速度 逃逸速度 当人造地球卫星的发射速度等于或大于11 2km s时 它就会克服地球引力 永远离开地球 v2 11 2km s 3 第三宇宙速度 如果人造地球卫星具有这样的速度 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 7km s 注意 这三个 宇宙速度 的物理意义是什么 7 9km s v 11 2km s v1 第一宇宙速度 卫星刚好能在地表附近作圆周运动最小发射速度v2 第二宇宙速度 卫星挣脱地球引力束缚最小发射速度v3 第三宇宙速度 卫星挣脱太阳引力束缚最小发射速度 v1 7 9km s第一宇宙速度 v2 11 2km s第二宇宙速度 v3 16 7km s第三宇宙速度 三 人造地球卫星的线速度 角速度 周期 向心加速度与半径的关系 小结 当半径r越大时 v w an越小 而T越大 探究问题一 思考与讨论 如图所示 A B C D四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条 根据 卫星做圆周运动的向心力必须指向地心 卫星运动轨道特点 万有引力提供向心力 所以轨道平面一定经过地球中心 四 人造地球卫星的轨道 其他轨道 赤道轨道 极地轨道 五 近地卫星和同步卫星 1 近地卫星的轨道半径 向心加速度 线速度 周期 1 轨道半径 2 向心加速度 3 线速度 4 周期 2 地球同步卫星的轨道 周期 轨道半径 线速度 向心加速度 1 轨道 只能是赤道轨道 2 周期 3 轨道半径 4 线速度 5 向心加速度 六 黑洞 特殊的天体 若某天体的质量为M 半径为R 则该天体的 第一宇宙速度 第二宇宙速度 七 天体能否被解体的问题 若某天体的质量为M 半径为R 该天体的自转周期为T 该天体赤道上有一物体质量为m 为使该天体不被解体 则 例 据观测某中子星的自转周期 要使该中子星不被解体 其密度至少为多大 解 设中子星质量为M 半径为R 赤道上有一物体质量为m 为使该中子星不被解体 则 1 2 由 1 2 两式得 答 其密度至少为 练习 若地球自转加快 则地球上的一天为多长时间时地球将被解体 八 多星系统 1 双星系统 例 创新设计 第35页例题4 解 设两颗星星的轨道半径分别为r1 r2 周期为T 则 1 2 3 由