12-02-24高一物理《宇宙航行》(课件).ppt

1、【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？,【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？,抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？,牛顿的思考与设想：,牛顿人造卫星原理图,(已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km),【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？,法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？,(已知

2、G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km),法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？,(已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km),法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？,(若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km),(已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量M=5.891024kg, 地

3、球半径R=6400km),法二：重力提供物体作圆周运动的向心力,法二：重力提供物体作圆周运动的向心力,一、宇宙速度,1. 第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速 圆周运动所必须具备的速度,(1)如果卫星的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；,说 明：,(1)如果卫星的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； (2)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；,说 明：,(1)如果卫星的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； (2)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)如果大于7.9

4、km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点,说 明：,v2=11.2 km/s,2. 第二宇宙速度（脱离速度）,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,v2=11.2 km/s,2. 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,3. 第三宇宙速度,v3=16.7km/s,3. 第三宇宙速度,v3=16.7km/s,3. 第三宇宙速度,这是卫星挣脱太阳引力束

5、缚的最小发射速度,v3=16.7km/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,【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？,【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,【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,(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？,练习：,已知地球的半径是6400km，地

6、球自转的周期24h，地球质量5.891024kg, 引力常量 G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地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。,练习：,已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.891024kg, 引力常量 G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地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.,二、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同

7、的概念,二、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同的概念,(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道,二、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同的概念,(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道,(2)环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.,二、人造卫星的

8、发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同的概念,注意: 卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.,(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道,(2)环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.,(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,学生思考,(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？,学生思考,(3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是

9、不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？,(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？,学生思考,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?,【探究问题三】,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?,提示： 同步卫星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s,【探究问题三】,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?,提示： 同步卫星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s,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:,【探究问题三】,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速

10、度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,思考对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高，周期越_ （4）离地面越高，角速度越_ （5）离地面越高，向心加速度越_,思考对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高，周期越_ （4）离地面越高，角速度越_ （5）离地面越高，向心加速度越_,小,思考对于绕地球运

11、动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高，周期越_ （4）离地面越高，角速度越_ （5）离地面越高，向心加速度越_,小,小,思考对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高，周期越_ （4）离地面越高，角速度越_ （5）离地面越高，向心加速度越_,小,大,小,小,大,小,小,思考对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高，周期越_ （4）离地面越高，角速度越_ （5）离地面越高，向心加速度越_,小,大,小,小,小,思考对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_ （2）离地面越高，线速度越_ （3）离地面越高