人教版高一物理必修二第六章万有引力与航天 6.5 宇宙航行 （共62张）ppt课件

1、6.5 宇宙航行2022年4月14日星期四嫦嫦娥娥奔奔月月嫦娥奔月 抛出的石头会落地，为什么月亮没有落下来?月亮没有落下来必需具备什么条件？问题一：牛顿的思索与想象：2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四19571957年年1010月月4 4日，前苏联发射了日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星世界上第一颗人造地球卫星我国在我国在19701970年年4 4月月2020日发射了日发射了第一颗人造地球卫星第一颗人造地球卫星20032003年年1010月月1515日，神州五号日，神州五号载人宇宙飞船发射升空载人宇宙飞船发射升空法一：万有引力提供物体作圆周运动

2、的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 .7/62411104 .61089.51067.6法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球外表运动不落下？(知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km) 假设知地球外表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km探求问题一：一宇宙速度 1、第一宇宙速度环绕速度 v1=7.9km/s n 阐明：n 假设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

3、刚好能在地球外表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转，地心即椭圆轨道的一个焦点 2022年4月14日星期四一、人造卫星的超重和失重一、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运转、沿圆轨道正常运转只受重力只受重力a = g完全失重完全失重与重力有关的景象全部消逝与重力有关的景象全部消逝天平天平弹簧秤测重弹簧秤测重力力液体压强计液体压强计1. 双星是指靠得很近的两个星体, 在相互引力作用下,构成相互环绕运转的一个系统.2. 双星运动的特点:(1

4、) 双星绕它们共同的质量中心做匀速圆周运动,它们之间的间隔坚持不变;(2) 双星系统中两颗星的角速度相等.二、双星系统二、双星系统2254GMR22GMR【例题】(多项选择)如下图,甲、乙、丙是位于同不断线上的离其他恒星较远的三颗恒星, 甲、丙围绕乙在半径为R的圆轨道上运转.假设三颗星质量均为M,万有引力常量为G,那么()A. 甲星所受合外力为 B. 乙星所受合外力为C. 甲星和丙星的线速度一样 D. 甲星和丙星的角速度一样思索：人造卫星在低轨道上运转，要想思索：人造卫星在低轨道上运转，要想让其让其 在高轨道上运转，应采取什么措在高轨道上运转，应采取什么措施？施？三、变轨三、变轨VF引rvmF

5、2向2rMmGF 引向引FF F引引F向向F引引F向向卫星变轨原理卫星变轨原理MmA点速度点速度内小外大在内小外大在A点看轨迹点看轨迹在在A点万有引力一样点万有引力一样A思索：人造卫星在低轨道上运转，要想让其在思索：人造卫星在低轨道上运转，要想让其在高轨道上运转，应采取什么措施？高轨道上运转，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运转，当行至椭圆轨圆轨道运转，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运转。可使其沿高轨道运转。卫星变轨原理卫星变轨原理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力一样万有引力一样速度速度内小

6、外大切点看轨迹内小外大切点看轨迹2 2、卫星在椭圆轨道运转、卫星在椭圆轨道运转近地点近地点-速度大，动能大速度大，动能大远地点远地点-速度小，动能小速度小，动能小221RMmGRmv122222,vRMmGRmv使使卫星加速到R卫星在圆轨卫星在圆轨道运转速度道运转速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理223LMmGLmv卫星变轨原理卫星变轨原理2244LMmGLmvv ，使使使使卫卫星星加加速速到到虽然“R大，V小，但这里V指绕行速度，而非发射速度。由于向轨道发射卫星，火箭要抑制地球引力对它做的功。轨道越高，要抑制引力做功也多，发射速度越大。小大VrrGMV 讨论:向高轨道发射卫星

7、容易还是向低轨道发射卫星容易？ 11.2 km/sV(发射) 7.9km/s km/sV(运转) 第一宇宙速度是最小的发射速度,也是最大的环绕速度结论: 发射速度与绕行速度2022年4月14日星期四一、人造卫星的发射原理一、人造卫星的发射原理牛顿想象：抛出速度很大时，物体就不会落回地面 设地球质量为设地球质量为M，半径为，半径为R。人造地球卫。人造地球卫星在圆轨道上运转，质量为星在圆轨道上运转，质量为m，轨道半径为，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度星的速度v如何推算？如何推算？ 22MmvGmrrGMvr卫星离地心越远，它运转的速度越

8、小。1rv 2022年4月14日星期四112466.67 105.89 1016.37 10/7.9/GMRvm skm s这就是人造地球卫星在地面附近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需具绕地球做匀速圆周运动所必需具有的最低发射速度，叫做第一宇有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。宙速度。近地面的卫星的速度是多少呢？近地面的卫星的速度是多少呢？11226.67 10/GN mkg已知：66.37 10Rm245.89 10Mkg、第二宇宙速度脱离速度、第二宇宙速度脱离速度v这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运转的人造行星的最小发射速

9、度转的人造行星的最小发射速度v假设人造天体的速度大于假设人造天体的速度大于11.2km/s11.2km/s而小于而小于16.7km/s16.7km/s，那么它的运转轨道相对于太阳将，那么它的运转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是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点v2=11.2 km/s3、第三宇宙速度逃逸速度 v这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度v假设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=16.7 km/s2022年4月14日星期四二、宇宙速度二、宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度： ( (环绕速度环绕速度 V1=7.

10、9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：( (脱离速度脱离速度) ) V2=11.2km/sV3=16.7km/s3 3、第三宇宙速度：逃逸速度、第三宇宙速度：逃逸速度17.9/GMvkm sR17.9/vgRkm s法二：211.2/vkm s316.7/vkm s人造行星人造行星人造恒星人造恒星人造卫星人造卫星概念辨析发射速度和运转速度1、发射速度：是指被发射物在地面附近分开发射安装时的速度。2、运转速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。1GMvrr v宇宙速度均指发射速度第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运转的最

11、大速度探求问题二：1如下图，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力 必需指向地心各种各样的卫星各种各样的卫星按轨道特点常用分类： 近地卫星近地卫星 轨道半径即地球半径轨道半径即地球半径 极地卫星 轨道面与赤道面垂直 地球同步卫星卫星(通讯卫星) T = _24h轨道平面_赤道平面周期T一定：相对于赤道上某点静止 h =_36000km R、v、T、an _ “全部固定如何求？课堂练习： 知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.891024kg，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2 ，假设要发射一颗地球同步卫星，试求： 1地

12、球同步卫星的离地面高度h 2地球同步卫星的环绕速度v结论： 地球同步卫星必需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。19C中叶，俄罗斯学者奥尔科夫斯基指出：用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行的最有效工具。适当引见1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星。1969年，阿波罗11号登月。 1992年，中国载人航天工程启动。2003年，神舟五号宇宙飞船胜利发射，杨利伟成为我国太空第一人。我国由此成为第三个可以独立开展载人航天活动的国家。思索：对于绕地球运动的人造卫星：思索：对于绕地球运动的人造卫星：1 1离地面越高，向心力越离地面越高，向心力越 2 2离地面越高，线速度越离地

13、面越高，线速度越3 3离地面越高，周期越离地面越高，周期越4 4离地面越高，角速度越离地面越高，角速度越5 5离地面越高，向心加速度越离地面越高，向心加速度越小大小小小2022年4月14日星期四三、人造卫星的运动规律22(2) M mGmrr 地地由由22(1) M mvGmrr 地地由由222(3) 4 M mGmrrT 地地由由:GMvr 地地得得3:GMr 地地得得3:2rTGM 地地得得FF1F2人造卫星的轨道2022年4月14日星期四练习：求近地卫星的周期练习：求近地卫星的周期631124(6.37 10 ) 23.146.67 105.98 10 s地GMrT323 5.06 10

14、84.3mins我们能否发射一颗周我们能否发射一颗周期为期为80min的卫星？的卫星？2022年4月14日星期四四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运转、沿圆轨道正常运转只受重力只受重力a = g完全失重完全失重与重力有关的景象全部消逝与重力有关的景象全部消逝天平天平弹簧秤测重力弹簧秤测重力液体压强计液体压强计2022年4月14日星期四五、地球同步卫星五、地球同步卫星h练习:求同步卫星离地面高度1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止

15、的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地人造卫星，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：做匀速圆周运动，它的周期：T24h2、一切的同步卫星只能分布在赤道上方的一、一切的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球，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。赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。2022年4月14日星期四223242GM2() (R)(R)R3.6 104 hmmhhTGM Thkm卫地卫地地地地设卫星离地面高度为由解得h练习：练习： 求同步卫星离地面高求同步卫星离地面高度度地球同步卫星能否位于北京正上方

16、某一确定高度地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h h ？ 5.6R地2022年4月14日星期四地球同步卫星的特点:1、一切的同步卫星只能分布在赤道正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 。2、对同步卫星：其r、h、v、T 、g均为确定值 5.6R地赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴人造卫星的轨道人造卫星的轨道2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四2022年4月14日星期四 为了卫星之间不相互关扰，大约3左右才干放置1颗，这样地球的同步卫

17、星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。222=MmmgGrMmvGmrr凡是人造卫星的问题都可从以下关系去列运动方程，即:重力=万有引力万有引力=向心力 hrRhg向式中：是高空 处的重力加速度，也即a求解重力加速度求解重力加速度 知地球质量为知地球质量为M，地球半径为，地球半径为R，万有引力恒量为，万有引力恒量为G，假设不思，假设不思索地球自转的影响，用以上各量索地球自转的影响，用以上各量表示，地球外表的重力加速度是表示，地球外表的重力加速度是多少？他能不能求出距地面高度多少？他能不能求出距地面高度为为h处的重力加速度是多少吗？处的重力加速度是多少吗？22)(hRMGgRMGg例1:

18、 设地球的质量不变,而地球半径添加为原来的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22/ 1B例2：关于宇宙速度，以下说法正确的选项是：关于宇宙速度，以下说法正确的选项是： A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的 最小发射速度最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行 的最小速度的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运转时第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运转时 的最大速度的最大速度D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小 速度速度A例3： 关于地球同步卫星，以下说法正确的选项是 A.它的运转速度小于7.9km/sB.它的运转速度大于7.9km/s C.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分开地面的高度是一样的ACD如下图，如下图，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上是在地球大气层外圆形轨道上运动的运动的3颗卫星，以下说法正确的选项是：颗卫星，以下说法正确的选项是：A、b、c的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于a的线速度；的线速度；B、b、c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a的向心的向心 加速度；加速度；C、c加