7.4宇宙航行-课件-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第 4 节 第七章 万有引力与宇宙航行 宇宙航行 宇宙速度 人造卫星 卫星变轨 例题精析 课堂小结 — — Outline 大纲 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 （1857-1935前苏联） “地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。” 多级火箭理论 如何脱离地球的引力？ 思考 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 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？ 牛顿大炮 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 第一宇宙速度 宇宙速度 G=6.67×10-11N·m2/kg2 M=5.98×1024 kg R=6400km 假设汽车贴近地球表面做匀速圆周运动， 万有引力提供向心力： 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 还可以怎样求第一宇宙速度？ 第一宇宙速度 如果忽略地球自转的影响，万有引力与重力大小相等，重力提供向心力： 思考 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 A v 1 v=7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心匀速圆周运动。 2 11.2km/s>v>7.9km/s，飞行器沿轨道2(椭圆轨道)运动。 3 速度v越大，轨道的远地点离地球越远。 宇宙速度 思考：若发射速度v=11.2km/s会怎样呢？ 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 v A 3 当速度v=11.2km/s，飞行器将沿轨道4（蓝色虚线）运动，只是这个椭圆轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力束缚，永远离开地球。 第二宇宙速度 2 1 宇宙速度 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 当速度v=16.7km/s，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。 4 第三宇宙速度 宇宙速度 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 发射速度v 运动情况 v<7.9km/s 物体落回地面 v=7.9km/s 绕地球，匀速圆周 7.9km/s<v<11.2km/s 绕地球，椭圆运动 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 三大宇宙速度 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 “嫦娥五号”的发射速度应该大于第一宇宙速度。 “天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度。 旅行者一号（飞出太阳系） “旅行者一号”的发射速度应该大于第三宇宙速度（借助木星的“引力弹弓”效应等）。 地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道： ① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度； ② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直； ③ 倾斜轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。 人造卫星 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 人造卫星 人造卫星的运动学参量： 分析可知，卫星轨道半径越大，运行速度越慢，周期越长。 高轨低速长周期 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 人造卫星 人造卫星的两个速度： ① 发射速度：将人造卫星送入预定轨道需要具有的速度。第一宇宙速度是最小的发射速度。 ② 环绕速度：卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。第一宇宙速度是最大的环绕速度。 宇宙速度 | 人造卫星 | 卫星变轨 | 例题精析 | 课堂小结 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． 同步卫星6“定” 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. 同步卫星是如何发射到预定轨道上的呢？ 变轨点1： 点火加速 转移轨道 变轨点2