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 想一想 牛顿猜想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面，这个速度有多大？ 前面咱们学习过平抛运动，也就是说在地面上抛出一个物体，水平初速度越大，抛出的水平距离也就越远。如果水平速度足够大的话，物体呢就不会落回地面。 牛顿猜想，抛出速度很大时，物体就不会落回地面，这个速度有多大呢？ 2 v0 当抛出速度较小时，物体做什么运动？ 当物体刚好．不落回地面时，物体做什么运动？ 从高山上水平抛出一个物体: 平抛运动． 物体绕地球表面做匀速圆周运动． 7.4 宇宙航行 方法一、 假设在天体表面有一个质量为m的物体，忽略天体自转的影响，该物体所受重力的大小就等于天体对它的万有引力的大小。 方法二、环绕法 找一个星球围绕着天体做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力列方程。 复习回顾：计算天体质量的两种方法 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想，怎样才能实现这一梦想呢？ 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。 1 第一宇宙速度 数值 已知地球质量或重力加速度g，算出v＝______，这就是物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 7.9km/s 7 第一宇宙速度 物理意义 （1）第一宇宙速度是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度； （2）第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度（ ）；也就是紧贴地面的运行速度。 别称：环绕速度。 “第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度” ，先在这里讲到，后面讲卫星的各种参数再详细讲。 最小发射速度？发射一颗卫星，发射的离地球越远越容易还是越近越容易呢？克服重力势能。 最大运行速度？轨道半径越大，运行速度就越小。动能转化为了重力势能。 8 第二宇宙速度 地面附近发射飞行器，发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s ，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。 当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会脱离开地球；我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。 椭圆，速度大，做离心运动。 9 人造地球卫星 所有卫星的轨道圆心都在地心上 按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星 7.4 宇宙航行 人造卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。 设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径 r 卫星的绕行速度v 、角速度ω 、周期T、向心加速度a为： 由 得：ω＝ 由 得：Ｔ＝ 由 得： v＝ G M m r2 =m v2 r G M m r2 =mω2r GM 4π2r3 由 得：a＝ G r2 m M =ma GM r2 G M m r2 =m r 4π T 2 2 可见：卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定 记忆口诀：“高轨低速长周期” 7.4 宇宙航行 1 2 3 4 v1>v2=v3>v4 T1<T2=T3<T4 ω1>ω2=ω3>ω4 人造地球卫星的运动规律 7.4 宇宙航行 近地卫星 指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其向心力由万有引力提供。 近地卫星的周期 7.4 宇宙航行 宇宙飞船与空间站对接 思考： 能否把宇宙飞船先发射到 空间站的同一轨道上，再 直接加速追上空间站实现 对接呢？ 对接过程和方法： 1、飞船首先在一个比空间站低的圆轨道上运行，当运行到适当位置时，点火加速进入到一个椭圆轨道上。 2、当空间站和飞船恰好同时运行到两轨道的切点时,飞船再次点火加速实现对接。 空间站 飞船 卫星的轨道 A B C D 思考： 如图所示，A、B、C、D四条 圆轨道中不能作为卫星轨道的 是哪一条？ 卫星的运动规律                   √ 同步卫星的线速度 解：由万有引力提供向心力 故 : 将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯卫星的速率 由此解出: 1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。 世界航天史 1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航