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

7.4宇宙航行 第七章 万有引力与宇宙航行 www.xfwuli.com 如图所示，在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？ 情景引入 www.xfwuli.com r R 因为R远大于h，r=R+h约等于R h 近地卫星距地面高度在100km--200km左右，远小于地球半径。 代入得： 物体在地球附近运动时，太阳的作用可忽略。物体受到地球的万有引力，提供物体绕地心做匀速圆周运动的向心力。 一、宇宙速度 思考：以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星? 物体做圆周运动的轨道半径为r、地球半径为R、物体距地面高度h。r=R+h 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。 新课教学 www.xfwuli.com 第一宇宙速度的意义：7.9km/s一个具有划时代意义的数字。 一、宇宙速度 由可知，当r越大就越小,也就是说离地面越高的 物体绕地球做圆周运动的速度将越小 ,可见7.9 km/S是物体绕地球做圆周运动的最大速度。 思考：我们发射卫星到越高的轨道需要的速度应该更大些呢？还是更小些呢？ 结论：我们发射卫星到越高的轨道需要的速度越大，可见第一宇宙速度应该是最小的发射速度。 第一宇宙速度是最小的发射速度，也是最大的绕行速度。 新课教学 www.xfwuli.com 一、宇宙速度 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 第二宇宙速度v2=11.2km/s 第三宇宙速度v3=16.7km/s 在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的 束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度 新课教学 www.xfwuli.com 发射速度v 运动情况 V<7.9km/s 物体落回地面 V=7.9km/s 物体在地面附近做匀速圆周运动 7.9km/s<v<11.2km/s 物体绕地球运动，轨迹为椭圆 11.2km/s≤v<16.7km/s 物体绕太阳运动 16.7km/s≤v 物体飞出太阳系 随堂小结 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 极地轨道 一、人造卫星的轨道特点 赤道轨道 一般轨道 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上运动 新课教学 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 （1）近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，r=R =85min =7.9km/s 近地卫星 地球 R M m V g：地球表面的重力加速度 二、人造卫星的运动规律 新课教学 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 二、人造卫星的运动规律 1．定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内． 2．定周期：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h. 3．定高度(半径)：离地面高度为36 000 km. 4．定速率：运行速率为3.1×103 m/s. 5．定向心加速度：向心加速度为0.23m/s2. 6．定方向：自西向东. （2）同步卫星：始终相对于地面静止，随地球一起自转的卫星 同步卫星的 r 、h 、T、v、ω 、a 都是定值。 新课教学 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 三、卫星变轨 地球 7.9km/s P 7.9km/s＜vP ＜11.2km/s v2 总结： 内轨变外轨，远地点点火加速； 外轨变内轨，点火减速。 所以，远地圆轨道卫星，是由椭圆轨道变轨而来的。 vQ<v2 Q 卫星在Q点点火加速 新课教学 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 三、卫星变轨 轨道1 轨道2 轨道3 P Q ①卫星在轨道2上经过P点的加速度与卫星在 轨道3上经过P点的加速度大小关系？ ②卫星在轨道1上经过Q点的速度与卫星在轨 道2上经过P点的速度大小关系？ 由轨道1变到轨道2：在Q点喷火加速 由轨道2变到轨道3：在P点喷火加速 M，r同，a同 v1Q＜ v2Q 新课教学 www.xfwuli.com 二、人造地球卫星 三、卫星变轨 新课教学 www.xfwuli.com 很久以来，人类就有一个飞天梦，随着科技的进步，载人航天，成为了可能。 1961年4月2日苏联宇航员尤里.加加林首次进入太空 1969年7月20日美国宇航员阿姆斯特朗首次登月 2003年10月15日我国宇航员杨利伟首次遨游太空 三、载人航天与太空探索 资料 资料 资料 新课教学 www.xfwuli.co