7.4 宇宙航行课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册

宇宙航行 郭雪鹏 临泉一中 4 4 问题：抛出一个物体，物体将会落回到地面.如果物体被抛出时的初速度足够大，物体还会落回地面吗？ 英国科学家牛顿最早提出，抛出物体的初速度足够大时，物体将成为人造地球卫星，不再落回到地面. 一、宇宙速度 地球质量为M，卫星质量为m，速度v,轨道半径 r. 问题1：r 增大，v如何变化？ 问题2：高轨和低轨卫星，哪个更容易发射？ 问题3：近地卫星，r ≈R地，v是多大？ 4 近地卫星 r =R地=6400km，代入数据， 问题4：若地球质量未知，如何求近地卫星的线速度？g=9.8m/s2. mg=mv²/R地 解得 第一宇宙速度(环绕速度) v=7.9km/s 是人造卫星绕地球运动的最大线速度. r增大，v减小.近地卫星半径最小，速度最大. 是卫星发射的最小速度.卫星的发射速度小于第一宇宙速度,卫星终落回地面. 第二宇宙速度(逃逸速度) v=11.2km/s 物体挣脱地球的引力,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 第三宇宙速度(脱离速度) v=16.7km/s 摆脱太阳引力,飞到太阳系外的最小发射速度 问题1:卫星绕地球做圆周运动，轨迹圆心在哪里？卫星轨迹有何特点？ 地球对卫星的引力作为向心力，万有引力指向地心。卫星轨迹是以地心为圆心的圆周 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 二、人造地球卫星 问题2：地球质量M，轨道半径为r.求卫星的加速度an、角速度ω和周期 T. 问题3：an、v、ω和T与卫星 质量m有关吗？ 问题4：若 r 增大，上述物理量如何变化？ r 1. 近地卫星 近地卫星是指轨道在地球表面附近的卫星 轨道半径近似等于地球半径:r=R地 运行速度v=7.9km/s 周期T=84.6min 加速度an=9.8m/s2 2. 同步卫星 相对于地面静止，跟地球自转同步的人造卫星(主要用于通讯) 运行方向和地球自转方向相同 T同=T自=24h ,ω同=ω自 轨道平面均在赤道平面 离地36000km，约为地球半径5.6倍 同步卫星轨道(赤道轨道) 问题:地球半径为R，地球表面重力加速度为g,引力常量为G.求同步卫星离地高度h. h O R 三、载人航天与太空探索 1957年10月4日，苏联发射第一颗人造卫星斯普尼克号(Sputnik,“旅行伴侣”),96分钟绕行地球一圈，开启太空时代.