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

高一物理-冬季预科 第九讲 天体运动 宇宙速度 目 录 1 天体运动参量 3 2 宇宙速度 卫星的分类 牛顿的手稿 <自然哲学的数学原理> 牛顿的设想---发射人造卫星原理 牛顿对发射人造卫星的构想： 从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。 天体运动参量 1 人造卫星绕地球运行的动力学原因? 人造卫星绕地球运行时，以地心为圆心做匀速圆周运动，人造卫星需要向心力由万有引力提供。 天体运动参量 1 想一想: 物体速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢? 天体运动参量 1 已知地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，万有引力提供向心力，则： 天体运动参量 1 不同轨道上运行的卫星，轨道半径越大，线速度越小、角速度越小、周期越长。 线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？ 天体运动参量 1 天体运动参量 1 例1．两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA:TB=1:8则轨道半径之比和运动速率之比分别为（ ） A．RA:RB=4:1； vA:vB=1:2 B．RA:RB=4:1； vA:vB=2:1 C．RA:RB=1:4； vA:vB=2:1 D．RA:RB=1:4； vA:vB=1:2 1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星 我国在1970年4月24日发射了第一颗人造地球卫星 世界上第一颗人造地球卫星是哪个国家发射的？ 我国的第一颗人造地球卫星在何时发射的？ 卫星的分类 2 卫星与天气 卫星的分类 2 卫星定位系统 与自动导航 军事卫星与现代防务 卫星的分类 2 【想一想】 卫星的运行快慢一样吗？ 12 1.极地卫星 极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。 2.近地卫星 近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径。 卫星的分类 2 3.同步卫星 卫星公转周期与地球自转周期相同的称为地球同步卫星 同步卫星的六个“一定” 卫星的分类 2 卫星的分类 2 例2．关于同步卫星（它相对于地面静止不动），下列说法中正确的是（ ） A．它一定在赤道上空 B．同步卫星的高度和速率是确定的值 C．它运行的线速度一定小于第一宇宙速度 D．它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 卫星的分类 2 例3．一个人造天体飞临某个行星，并进入行星表面的圆轨道，已经测出该天体环绕行星一周所用的时间为T，那么这颗行星的密度是__________。 对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。 １.第一宇宙速度（环绕速度） 宇宙速度 3 人造卫星的发射速度与运行速度 1、发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度，并且一旦发射就再也没有补充能量，被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度，进入运行轨道。因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功消耗动能，所以卫星越高，发射速度越大。 宇宙速度 3 2、运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据 可知，卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小，近地卫星可认为v发=v运，其它较高卫星的v发＞v运。 如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。 宇宙速度 3 2.第二宇宙速度（脱离速度） 当物体的速度(发射速度)大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 卫星挣脱地球束缚的最小发射速度 宇宙速度 3 3.第三宇宙速度（逃逸速度） 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度 如果物体的(发射速度)速度等于或大于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。我们把这个速度叫第三宇宙速度。 宇宙速度 3 宇宙速度 3 例4．以下关于宇宙速度的说法中正确的是（ ） A．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度 B．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度 C．人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度 D．地球上的物体无