7.4 宇宙航行 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

宇宙航行 人类的飞天梦想 庆威物理 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？ 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，如何求第一宇宙速度 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、环绕地球做匀速圆周运动，是最小发射速度） 2. 第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2 km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 3. 第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。 注意：宇宙速度都是针对发射速度；以上三个宇宙速度都是地球上的宇宙速度。． 宇宙速度 卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类： (1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。 (3)倾斜轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。 (2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。 人造地球卫星的轨道 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） 想一想：下图人造卫星的轨道不可能的是（ ） A B C D C 人造地球卫星的运行规律 质量为m的天体绕质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动： 当r增大时 an减小 v减小 ω减小 T增大 地球 对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_____________ （2）离地面越高，线速度越_____________ （3）离地面越高，周期越_______________ （4）离地面越高，角速度越_____________ （5）离地面越高，向心加速度越_________ 小 大 小 小 小 同步卫星 这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的角速度相同，具有与地球自转相同的周期，相对于地面静止，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫地球同步卫星。 主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。 同步卫星的用途 典例：中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。2020年左右北斗卫星导航系统可以形成全球覆盖能力。如图所示是北斗卫星导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则(　　) A.卫星a的角速度小于c的角速度 B.卫星a的加速度大于b的加速度 C.卫星a的运行速度大于第一宇宙速度 D.卫星b的周期大于24 h 　A 13 典例：如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是（    ） A．三者的周期关系为TA＜TB＜TC B．三者向心加速度大小关系为aA>aB>aC C．三者角速度的大小关系为ωA=ωC<ωB D．三者线速度的大小关系为VA＜VC＜VB CD 人类在月球上留下了自己的足迹 7 月 20 日下午 10 时 56 分，指挥长阿姆斯特朗踏上月面并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。 载人航天与太空探索 中国航天之父——钱学森 钱学森，世界著名科学家，空气动力学家，中国载人航天奠基人，“中国科制之父”和“火箭之王”，由于钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。 曾任美国麻省理工学院和加州理工学院教授。1950年钱学森回国受阻，并受美国方面监禁，1955年，在毛泽东主席和周恩来总理的争取下回到中国。 （1911.12.11－2009.10.31） 宇宙航行 宇宙速度 第一宇宙速度（环绕速度）: 第二宇宙速度（逃逸速度）: 第三宇宙速度（脱离速度）: