高中物理必修二宇宙航行1ppt课件.ppt

宇宙航行 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 外国人的 飞天 梦 前置学习 1 万有引力定律的表达式 2 行星运动向心力的来源 问题情景 若抛出物体的水平初速度足够大 物体将会怎样 3 小球从同一高度做平抛运动 随初速度的增大 轨迹将如何变化 牛顿的思考与设想 在1687年出版 自然哲学的数学原理 中 牛顿设想 抛出速度很大时 物体就不会落回地面 牛顿的设想过程 解法 万有引力提供物体作圆周运动的向心力 以多大的速度抛出这个物体 它才会绕地球表面运动不落下 已知 6 67 10 11Nm2 kg2 地球质量M 5 89 1024kg 地球半径R 6400km 探究问题一 一宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 7 9km s 说明 如果卫星的发射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 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 大于7 9km s小于11 2km s 卫星将沿椭圆轨道绕地球运行 地心即椭圆轨道的一个焦点 思考 若地球质量未知 而知道地球表面的重力加速度g 9 8m s2 地球半R 6400km 能否求出第一宇宙速度 解 在地面附近 重力提供物体作圆周运动的向心力 虽然 R大 V小 但这里V指绕行速度 而非发射速度 因为向轨道发射卫星 火箭要克服地球引力对它做的功 轨道越高 要克服引力做功也多 发射速度越大 第一宇宙速度7 9km s最小发射速度最大环绕速度 结论 发射速度与绕行速度 第二宇宙速度 这是卫星挣脱地球的引力束缚 成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 如果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 v2 11 2km s 3 第三宇宙速度 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 如果人造天体具有这样的速度 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 v 11 2km s v 16 7km s 第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度 探究已知 地球质量M 半径R 卫星距地面高度h 引力常量G 请你利用已学的知识 探究卫星绕地球的运行速度v 周期T与高度h的关系 二 人造地球卫星 其中r R h 所以v T只h与r有关 与卫星质量无关 线速度 T1 T2 T3 T4 1 2 3 4 1 2 3 4 v1 v2 v3 v4 角速度 周期 1 巡航 卫星的环绕运动 探究问题二 1 如图所示 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须指向地心 F F2 F1 赤道平面 北 南 东 西 F 2 轨道平面过球心 高轨低速长周期 小结 卫星的运行规律 极地轨道 一般轨道 赤道轨道 所有卫星都在以地心为圆心的圆 或椭圆 轨道上 平面 立体 赤道平面 课堂练习 已知地球的半径是R 6400km 地球自转的周期T 24h 地球的质量M 5 89 1024kg 引力常量 6 67 10 11Nm2 kg2 若要发射一颗地球同步卫星 试求 地球同步卫星的离地面高度h 结论 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度 并且以固定的速度环绕地球做圆周运动 小结 同步轨道卫星通信 周期T 24h轨道高度h 定点在赤道正上方运行方向与地球自转相同 自西向东 相对地面静止 各种各样的卫星 1957年10月4日 苏联发射第一颗人造地球卫星 1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空 实现了人类进入太空的梦想 1969年7月20日 阿波罗11号将人类送上了月球 三 梦想成真 第5节宇宙航行 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空 我国的航天成就 2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功 2003年10月15日神舟五号杨利伟 2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜 2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v 16 7千米 秒 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 v 7 9千米 秒 地球卫星最大的绕行速度 地球卫星的最小发射速度 2 第二宇宙速度 脱离速度 v 11 2千米 秒 卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度 或 小结 4 研究天体运动的基本方法 把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动 万有引力提供天体或人造