7.4宇宙航行-【点石成金系列】2020-2021学年高中物理课件（2019人教版必修第二册）

§7.4 宇宙航行 权威专业教育资源门户 1 一、人造卫星 1、卫星：卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。（不过，如果两个天体质量相当，它们所形成的系统一般称为双行星系统，而不是一颗行星和一颗天然卫星） 2、卫星轨道：可以是圆轨道（地心位于圆心），也可以是椭圆轨道（地心位于椭圆的一个焦点上）， 但轨道平面必过地心。 3、人造地球卫星的轨道： 人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力，地球对卫星的万有引力指向地心。而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它所做圆周运动的圆心。因此人造卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道（如图所示）： （1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道上方。 （2）极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。 （3）一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度。 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 (一般轨道) 同步轨道 自转轴 （地轴） F引 F1 F2 赤道平面 北 南 东 西 人造地球卫星的轨道可以像这样的“天使环”吗？ 这样的“天使环” 轨道是否稳定？ 想一想：下图人造卫星的轨道不可能的是（ ） 按用途分类:通信卫星、气象卫星、导航卫星、预警卫星等 按轨道分类:极地卫星、赤道卫星、一般轨道 4、人造卫星的分类： 资源卫星 技术实验卫星 科学探测卫星 通信卫星 快速侦测卫星 各式各样的人造卫星 5、人造卫星的两个速度 　（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（也叫运行速度或绕行速度）：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． 注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度． v发射 v运行 ★向高轨道发射卫星时, 需要的发射速度越大。发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。 问题： 将卫星送入低轨道和高轨道所需的发射速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？ 1 2 3 6、卫星运动的向心加速度、线速度、角速度和周期： 可见：卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定 (2)由 得：ｖ＝ G M m r2 =m v2 r (3)由 得：ω＝ G M m r2 =mω2r (4)由 得：Ｔ＝ G M m r2 =m( ) r ２π T 2 GM 4π2r3 (1)由 得：a＝ G M m r2 =ma GM r2 （R为地球的半径，h为卫星距地面的高度） ★“高轨低速长周期” 嫦娥奔月的神话传说 敦煌壁画的飞天图腾 万户飞天的勇敢尝试 外国人的“飞天”梦 好奇是点燃智慧的火种，仰望星空，浩瀚的太空充满神秘，探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空，自古以来就是人类的梦想，那么，怎么实现它呢？ 在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？ 如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 速度大的水平位移大，落地点较远 17 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢? 牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。 牛顿的设想 人造卫星的发射原理 建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供 请同学们计算：已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，卫星在地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ 二、宇宙速度 如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度 g，如何求宇宙第一速度 v ？ 由 则 由此可见，v = 7.9 km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为第一宇宙速度。 M 近地卫星 R=r V 1.第一宇宙速度（环绕速度）： v = 7.9 km/s (物体在地面附近、环