宇宙航行课件

1、水寨中学高一物理备课组知识内容的重点: 理解第一宇宙速度及其推导知识内容的核心: 是牛顿运动定律与万有引力定律 在圆周运动条件下的综合应用教师提问:上节课我们学习了万有引力的成就。现在请同学们回忆下列问题：1、万有引力定律在天文学上有何应用？2、如何应用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？ 1、应用万有引力定律可以估算天体的质量；可以来发现未知天体。2、应用万有引力定律求解天体质量时，万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的表述方式列出方程，即222222()(2)MmvGmmrmrmrfrrT 由上式方程可知,不能计算环绕天体的质量. 牛顿在牛顿在16871687年发表的

2、年发表的自然哲学的数自然哲学的数学原理学原理中描述的人造地球卫星原理图中描述的人造地球卫星原理图演示演示人造卫星发射原理图人造卫星发射原理图1、从牛顿猜想示意图中我们能不能知道卫星绕地球运转的最小半径是多少？ 2、结合卫星运转的动力学方程，试推导出物体脱离地球而成为人造卫星的最小速度 卫星运转的最小半径近似等于地球的半径，即在地球表面绕地运转。 由万有引力定律和牛顿第二定律得：22mMvGmRR地球表面；万有引力近似等于物体的重力 2MmGmgR由、两式得： gRv sm /104 . 68 . 967.9/km s 推导推导: 第第2种情形：设地球的质量为种情形：设地球的质量为M，绕地，绕地

3、球做匀速圆周运动的飞行器的质量为球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞，飞行器的速度为行器的速度为v，它到地心的距离为，它到地心的距离为r。飞行。飞行器运动所需要的向心力由地球对它的万有引器运动所需要的向心力由地球对它的万有引力提供力提供 rvmrMG22mRGMv sm/1040. 61089. 51067. 6624117.9k/m srR 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫第一宇宙速度，也叫地面附近的速度，叫第一宇宙速度，也叫地面附近的环绕速度。数值为的环绕速度。数值为7.9km/s7.9km/s 当发射速度大于当发射速度大于7.9km/s7.

4、9km/s，小于，小于11.2km/s11.2km/s，它绕，它绕地球运行的轨道不是圆，而是椭圆。地球运行的轨道不是圆，而是椭圆。第一宇宙速度是卫星发射的最小速度第一宇宙速度是卫星发射的最小速度 当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于11.2km/s时，时，它就会克服地球的引力，成为围绕太阳运它就会克服地球的引力，成为围绕太阳运动的人造行星，或飞到其它行星上。我们动的人造行星，或飞到其它行星上。我们把把11.2km/s叫做第二宇宙速度。叫做第二宇宙速度。 当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于16.7km/s时，时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞

5、到太阳系以外的宇宙空间。我们把系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做叫做第三宇宙速度。第三宇宙速度。正确区分发射速度与环绕速度 第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面。 在环绕地球做匀速圆周运动的所有可能的速度中， 第一宇宙速度是最大的环绕速度，因为 ，r 越大，v 越小,轨道半径的最小值为地球半径，对应的环绕速度为最大值，即第一宇宙速度。GMvr1 1、19571957年年1010月月4 4日，世界上第一颗人造地球日，世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。卫星重卫星在苏联发射成功。卫星重83.6kg83.6kg，每，每96min96m

6、in绕地球飞行一周。绕地球飞行一周。2 2、19611961年年4 4月月1212日，苏联空军少校加加林进日，苏联空军少校加加林进入东方一号载人飞船。入东方一号载人飞船。108min108min绕地球一周。绕地球一周。3 3、19691969年年7 7月月1616日日9 9时时3232分，阿波罗分，阿波罗1111号飞船号飞船升空，升空，7 7月月2020号人类踏上月球。号人类踏上月球。4 4、20032003年年1010月月1515日，我国神州日，我国神州5 5号载人飞船号载人飞船发射升空，杨利伟成为我国飞天第一人。发射升空，杨利伟成为我国飞天第一人。5 5、20052005年年1010月月1

7、212号，我国号，我国神州神州6 6号号载人飞船载人飞船发射升空，费俊龙、聂海胜进入太空。发射升空，费俊龙、聂海胜进入太空。hRGMvhRvmhRMmG22)(3)(hRGM)()(22hRmhRMmGGMhRT3)(22T 例、例、 两颗人造地球卫星，都在圆形轨两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量相等，轨道半径道上运行，它们的质量相等，轨道半径之比之比r1:r2=1:2,则它们的则它们的(1)线速度之比线速度之比 v1:v2= (2)角速度之比角速度之比 1:2 = (3)周期之比周期之比 T1:T2 = (4)向心加速度之比向心加速度之比 a1:a2=课堂训练课堂训练2 :12

8、 2 :11:2 24 :122rrmMmG22)2( rrTmMmGRGMTh3224632242411104 . 614. 34)1064. 8 (1089. 51067. 6km358003224rGMT由万有引力来提供向心力得：由万有引力来提供向心力得：又因为 r=R+hrvMmG22mrhRGMGMvr762411106 . 3104 . 61089. 51067. 6skm072. 34、卫星轨道（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？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？ 例例通信卫星又叫同步卫星，下面关于通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是同步卫星的说法中正确的是 A A、所有的地球同步卫星都位于地球的赤道、所有的地球同步卫星都位于地球的赤道 平面内平面内 B B、所有的地球同步卫星的质量都相等、所有的地球同步卫星的质量都相等 C C、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运 动的角速度都相等动的角速度都相等 D D、所有的地球同步卫星离地