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

7.4 宇宙航行 一、宇宙速度 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。 在简化之后，物体只受到指向地心的引力作用，物体 绕地球的运动可视作匀速圆周运动。设地球的质量为 m地，物体的质量为 m，速度为 v，它到地心的距离为 r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以 只要知道地球的质量 m地和物体做圆周运动的轨道半径 r，就可以求出物体绕行速度的大小。已知地球质量为 5.98×1024 kg，近地卫星在 100 〜 200 km 的高度飞行，远小于地球半径（6 400 km），可以近似用 地球半径 R 代替卫星到地心的距离 r。把数据代入上式后 算出 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫作第一宇宙速度（first cosmic velocity)。 1、第一宇宙速度 （1）第一宇宙速度的定性分析 ①第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。 ②决定因素：由第一宇宙速度的计算式v＝ eq \r(\f(GM,R))可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。 ③ “最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度． ④“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)可得v＝ eq \r(\f(GM,r))，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。 (2) 第一宇宙速度的计算方法 2、第二宇宙速度 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大 于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（second cosmic velocity)。 有些恒星，在它一生的最后阶段，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，密