3.4宇宙速度与航天（课件）高一物理（粤教版2019）

第四节

万有引力定律的应用粤教版（2019）高中物理必修第二册第三章万有引力定律@HY宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题万有引定律求天体的质量1.根据万有引力提供向心力（环绕法）2.若是在地球表面运动的物体，不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力（表面法）第一宇宙速度（环绕速度）绕地做圆周运动时，由

得，轨道半径越大，速度越小。定义：人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，叫做第一宇宙速度。

结合以下两方面，理解第一宇宙速度的意义：牛顿设想，发射速度达到一定值时，才不落回地面；最小的发射速度；绕地做圆周运动时的最大环绕速度。宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题v=7.9km/s

7.9km/s<v<11.2km/s第一宇宙速度v=11.2km/s第二宇宙速度发射速度等于或大于11.2km/s，飞行器将克服地球引力，永远离开地球。这个速度叫做第二宇宙速度，也叫做逃逸速度，是卫星挣脱地球引力的最小发射速度。第二宇宙速度（逃逸速度）宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题v=7.9km/s

7.9km/s<v<11.2km/sv=11.2km/s第一宇宙速度第二宇宙速度v=16.7km/s第三宇宙速度类推，挣脱太阳引力束缚的最小发射速度叫做第三宇宙速度，数值是16.7km/s.宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题第三宇宙速度三个宇宙速度的含义

数值意义第一宇宙速度____km/s物体在

绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度____km/s在地面附近发射飞行器使其克服

引力，永远离开地球的最小地面发射速度第三宇宙速度____km/s在地面附近发射飞行器使其挣脱

引力束缚，飞到太阳系外的

地面发射速度7.911.216.7地球附近地球太阳最小1、下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(

)A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度√√课堂练习√课堂练习人造地球卫星(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心.宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，v卫星在轨道上的运行规律

写出卫星加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系：宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题加速度与半径关系：__________________，a=___________；线速度与半径关系：__________________，v=___________；角速度与半径关系：__________________，ω=_________；周期与半径关系：__________________，T=___________。卫星在轨道上的运行规律

ω2r宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题ω=结论：高轨________速______周期（r越大，v越_______）（r越大，a越_______）（r越大，ω越_____）（r越大，T_____）小小小大低长越高越慢宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题【例题】:已知地球的质量M=5.97×1024kg,半径R=6.37×106m,自转周期T=24h,G=6.67×10-11N·m2/kg2(1)地球对卫星的引力就是卫星绕地球运动所需的向心力,列出万有引力定律与向心力公式的关系式,即可求解分析:解得解:同步卫星五定定周期：T=24h定轨道：在赤道上空定高度：h=36000km定角速度：与地球自转角速度相等定线速度：v=3.1km/s环绕速度V=3.075km/s宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题AB“提供的”=“需要的”

“提供的”<“需要的”离心现象点火加速

<点火加速点火改变v大小打破“供需”平衡从低轨到高轨要点火加速从高轨到低轨要点火减速宇宙速度复习回顾遨游太空卫星运行规律卫星变轨问题A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道1上经过A点时的速率小于在轨道2上经过A点时的速率C.卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度D.卫星在轨道2上经过B点时的加速度小于它在轨道3上经过B点时的加速度E．卫星在轨道2运动的周期小于在轨道1运动的周期213BA课堂练习A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道1上经过A点时的速率小于在轨道2上经过A点时的速率213BAv1v3v2Av2Bv2A>v1v3>v2Bv1>v3v2A>v1>v3>v2B点火加速椭圆v近>v远v2A>v2B点火加速加速加速减速√课堂练习C.卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度D.卫星在轨道2上经过B点时的加速度小于它在轨道3上经过B点时的加速度213BAa1a3a2Aa2Ba1=a2A牛顿第二定律F合=ma：

>a3=a2B√课堂练习中国骄傲！！！1970年4月24日，我国发射第一颗人造地球卫星——“东方红1号”每年的4月24日中国航天日中国骄傲！！！2017年4月22日，“天舟一号”与“天宫二号”首次完成推进器在轨补加中国空间站中国骄傲！！！2003年10月15日，“神州五号”将我国第一位宇航员杨利伟送入太空。2016年9月15日，“天宫二号”空间实验室发射成功。中国骄傲！！！2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射，随后北斗三号全球卫星导航系统正式开通。中国骄傲！！！2020年7月23日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。2020年11月24日，“嫦娥五号”发射成功。1.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是：()A.大小是7.9km/hB.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它是物体成为地球卫星的最小发射速度D.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度BCkm/s大课堂练习2、人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是：

A.半径越大，速率越大，周期越小

B.半径越大，速率越小，周期越大

C.所有卫星的角速度相同，与半径无关

D.所有卫星的速率均相同，与半径无关B课堂练习3、地球同步卫星距离地心的距离为r，运行速率为V1，向心加速度为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A、B、C、D、(A、D)课堂练习4、可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道A、与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆B、与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的(BCD)课堂练习5、北京时间2021年4月29日11时23分，天和核心舱发射升空，标志着中国空间站“在轨组装建造”全面展开。天和核心舱环绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，其绕地球运行的轨道半径小于人造卫星的轨道半径。则（）A．天和核心舱的周期大于地球自转周期B．天和核心舱的轨道平面一定与赤道平面重合C．天和核心舱的线速度大于7.9km/sD．天和核心舱的角速度大于地球自转的角速度D课堂练习6、如图所示，A为静止于地球赤道上