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

7.4宇宙航行 牛顿的思想实验： 300多年前，牛顿曾提出过一个著名的思想实验：从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星 地球 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,它将成为一颗绕地球运动的人造地球卫星. 7.4 宇宙航行 2 第一宇宙速度 牛顿的设想 设：地球质量为m地，物体质量为m、到地心的距离为r、 物体在地面附近绕地球运动速度为v. 第一宇宙速度的推导 宇宙速度 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的环绕速度，叫做第一宇宙速度。 对于近地卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径R 物体在地面附近绕地球做圆周运动，地球对物体的万有引力提供物体运动所需向心力。 7.4 宇宙航行 4 第一宇宙速度的推导 宇宙速度 其他星球的第一宇宙速度 (2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。 7.4 宇宙航行 5 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的环绕速度，叫做第一宇宙速度。 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大环绕速度， 也是人造地球卫星的最小发射速度． 第一宇宙速度：(7.9km/s) 轨道越高， 绕地球运行的环绕速度越小． 宇宙速度 7.4 宇宙航行 第三宇宙速度：16.7km/s 物体挣脱太阳引力，飞出太阳系的速度 第一宇宙速度：(7.9km/s) V1=7.9km/s 地球 11.2km/s>v>7.9km/s V2=11.2km/s V3=16.7km/s 发射速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将脱离地球的引力，围绕太阳运动。 发射速度v满足16.7km/s≤v时， 物体将脱离太阳引力，永远离开太阳系。  发射速度v：7.9km/s<v<11.2km/s时， 物体围绕地球运动，轨道是椭圆。 第二宇宙速度11.2km/s  物体克服地球引力，脱离地球的速度 发射速度v满足v=7.9km/s时， 物体绕地球做匀速圆周运动。 7.4 宇宙航行 2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明 景海鹏 7.4 宇宙航行 3、展望未来 美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射， 2008年5月25日在火星着陆。 “卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。 “先驱者”10号太空探测器 1972年3月2日发射升空， 1986年6月飞出太阳系 7.4 宇宙航行 光子火箭 《星球大战》 超光速飞船“千年隼”号 7.4 宇宙航行 卫星变轨问题 7.4 宇宙航行 使卫星进入更高轨道做圆周运动 v3 v4 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 7.4 宇宙航行 · 思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？ 在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。 卫星变轨原理 卫星在二轨道相切点 万有引力相同，加速度相同 速度—内小外大（切点看轨迹） 卫星在椭圆轨道运行 近地点---速度大，加速度大 远地点---速度小，加速度小 7.4 宇宙航行 第二宇宙速度 定义：将卫星发射出去使其克服地球引力永远离开地球，即脱离地球的束缚所需的最小的发射速度。 大小： 第三宇宙速度 定义：将卫星发射出去挣脱太阳的引力的束缚，飞到太阳系外所需的最小的发射速度。 大小： ①发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星绕地球运动； ②发射速度大于11.2km/s小于16.7km/s，卫星绕太阳运动； ③发射速度大于16.7km/s,飞到太阳系以外的空间； 注意： 三种人造地球卫星轨道 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 极地轨道 卫星的轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空 一般轨道 卫星轨道与赤道成一定的角度 共同点： 卫星绕地球做圆周运动的圆心必与地心重合 运行方向与地球自转方向一致。 周期T=24h 角速度与地球自转的角速度相同 轨道平面与赤道平面重合，在赤道正上方 离地表高度均为36000km 地球同步卫星 （通讯卫星、通信卫星） h R M m 注意：同步卫星质量可以不同,相对地球静止 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．地球上的物体无论具有多大的速度都不可能脱离太阳的束缚 不同轨道上运行的卫星，轨道半径 ，线速度 、角速度 、周期 。 越大 越小 越小 越长 卫星公转周期与地球自转周期 的称为地球同步卫星。