物理必修二宇宙航行ppt课件

.,1,6-5宇宙航行,一、人造卫星绕地球运行的动力学原理。人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。,.,2,二、人造卫星的运行快慢。设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则有：,可见：1.高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小、周期大。2.环绕速度和角速度有最大值，周期有最小值,所以得：,.,3,三、宇宙速度1.第一宇宙速度：7.9km/s人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度，所以也称为环绕速度。分析：卫星在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：,又因为：,所以：,注意：v1=7.9km/s21.是卫星匀速圆周运动的最大速度；2.是在地面上发射卫星需要的最小速度,.,4,同步卫星1贴近地面卫星2地球赤道上物体3的线速度、角速度、向心加速度大小关系？,.,5,A0.4km/sB1.8km/sC11km/sD36km/s,.,6,2.第二宇宙速度：11.2km/s使卫星挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：1.发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；2.发射速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。,.,7,3.第三宇宙速度：16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：1.发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星；2.发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。,.,8,v7.9km/s,v7.9km/s,v7.9km/s,v11.2km/s,v11.2km/s,v11.2km/s,v16.7km/s,v16.7km/s,.,9,美国“新地平线”号探测器，已于美国东部时间2006年1月17日13时(北京时间18日1时)借助“宇宙神5”重型火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始长达9年的飞向冥王星的太空之旅拥有3级发动机的“宇宙神5”重型火箭将以每小时5.76万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球，这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射的速度最高的飞行器，这一速度()A大于第一宇宙速度B大于第二宇宙速度C大于第三宇宙速度D小于并接近于第三宇宙速度,.,10,2008年9月25日，我国成功发射了搭载3名宇航员的“神舟”七号飞船，在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小()A等于7.9km/sB介于7.9km/s和11.2km/s之间C小于7.9km/sD介于7.9km/s和16.7km/s之间,.,11,如图62所示，“嫦娥一号”卫星在椭圆轨道的近地点P处(距地面600km)，将发动机短时点火，实施变轨，变轨后卫星进入远地点高度约为37万km的椭圆轨道，直接奔向月球，则卫星在近地点变轨后的运行速度()A小于7.9km/sB大于7.9km/s，小于11.2km/sC大于11.2km/sD大于11.2km/s，小于16.7km/s,.,12,四、同步卫星所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道平面内距地面高h处，并且h是一定。同步卫星也叫通讯卫星。,（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。代入数值得h=,由：,得：h=,.,13,如图652所示的圆a、b、c，其圆心均在地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合，圆b的平面与地球自转轴垂直对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言(),A卫星的轨道可能为aB卫星的轨道可能为bC卫星的轨道可能为cD同步卫星的轨道一定为平行于b的某一同心圆,.,14,(2011年高考广东卷)已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G.有关同步卫星，下列表述正确的是(),.,15,注意：一个平面：（赤道平面与赤道是同心圆,所有同步卫星均在同一轨道上运行）一同向：与地球自转同方向五个定值：(rvTa)变轨切点处：vaFT的决定因素(椭圆轨道上AB两点比较；椭圆与圆轨道上A点比较；B点比较)三星全覆盖,1,2,3,.,16,为了同步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。2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。,.,17,(2010年高考江苏卷改编)2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图61所示关于航天飞机的运动，下列说法中正确的是(,A在轨道上经过A的速度小于经过B的速度B在轨道上经过A的速度小于在轨道上经过A的速度C在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期D在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度,.,18,我国自行研制发射的“风云一号”、“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T112h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为T224h；两颗卫星相比()A“风云一号”离地面较高B“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大C“风云一号”线速度较大D若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空,.,19,五、匀速圆周运动的卫星处于完全失重状态,卫星只受重力，有竖直向下的加速度，等于重力加速度，因此处在完全失重状态。,卫星在发射回收过程？,.,20,关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是()A在发射过程中向上加速时产生超重现象B在降落过程中向下减速时产生超重现象C进入轨道后做匀速圆周运动，产生失重现象D失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的,.,21,六、两个区别1.赤道上随地球自传做圆周运动的物体与绕地球表面做圆周运动卫星及地球同步卫星的区别（vTaFn）,1,2,3,1.表示赤道上物体2.表示近地卫星3.表示同步卫星,.,22,同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是(),.,23,2.月球表面的物体的重力加速度与月球圆运动的向心加速度不同产生原因不同；求解思路不同。,地球,月球,.,24,七、天体自转速度很高，但恰好不解体的条件：万有引力等于天体表面物体随天体自传需要的向心力此时重力等于零，即没有重力。,.,25,人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒大约自转一周(引力常量G6.671011Nm2/kg2，地球半径R约为6.4103km)(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动被“甩”掉，它的密度至少为多少？(2)假设某白矮星密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度为多少？,答案：(1)1.411011kg/m3(2)4.02107m/s,.,26,八、卫星的相遇问题1.相距最近。如图64所示，A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R，地球自转角速度为0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心(1)求卫星B的运行周期；(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？,.,27,某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆每过N年，该行星会运动到日地连线的延长线上，如图618所示该行星与地球的公转半径之比为多少,.,28,2.追击。宇宙飞船要与环绕地球运转的轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的措施是()A只能从较低轨道上加速B只能从较高轨道上加速C只能从与空间站同一高度轨道上加速D无论在什么轨道上，只要加速就行,.,29,九、密度极大的天体-黑洞,天体的密度越大，天体上物体的脱离速度越大。当密度极大时，脱离速度能大于光速；此时所有物体都逃不出去，就是光也射不出去，因此具有着巨大引力的天体让你什么也看不到-这就是黑洞,.,30,侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距离地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少能拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T.,.,31,.,32,三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图所示，已知MA=MBMC，则三个卫星（）线速度关系为周期关系为TATB=TC向心力大小关系为FA=FBm），它们在万有引力作用下有规则地运动着如图9所示，我们可认为行星在以某一定点C为中心、半径为a的圆周上做匀速圆周运动（图中没有表示出恒星）设万有引力常量为G，恒星和行星的大小可忽略不计试计算恒星的运行速率,注意：对双星，运动半径不等于引力距离,.,50,.,51,忽略地球自转引起的向心力时，万有引力等于物体的重力。GM=gR2此式通常叫黄金代换式,万有引力是重力和自转向心力的合力,