第四节 宇宙速度与航天（教学课件）物理粤教版必修第二册

第四节 万有引力定律的应用 粤教版（2019）高中物理必修第二册 第三章 万有引力定律 @HY 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 万有引定律求天体的质量 1.根据万有引力提供向心力（环绕法） 2.若是在地球表面运动的物体，不考虑地球自转， 物体的重力等于地球对物体的万有引力（表面法） 第一宇宙速度（环绕速度） 绕地做圆周运动时，由 得，轨道半径越大，速度越小。 定义：人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，叫做第一宇宙速度。 结合以下两方面，理解第一宇宙速度的意义： 牛顿设想，发射速度达到一定值时，才不落回地面； 最小的发射速度； 绕地做圆周运动时的最大环绕速度。 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 v=7.9km/s 7.9km/s<v<11.2km/s 第一宇宙速度 v=11.2km/s 第二宇宙速度 发射速度等于或大于11.2km/s，飞行器将克服地球引力，永远离开地球。这个速度叫做第二宇宙速度，也叫做逃逸速度，是卫星挣脱地球引力的最小发射速度。 第二宇宙速度（逃逸速度） 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 v=7.9km/s 7.9km/s<v<11.2km/s v=11.2km/s 第一宇宙速度 第二宇宙速度 v=16.7km/s 第三宇宙速度 类推，挣脱太阳引力束缚的最小发射速度叫做第三宇宙速度， 数值是16.7km/s. 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 第三宇宙速度 三个宇宙速度的含义   数值 意义 第一宇宙速度 ____ km/s 物体在 绕地球做匀速圆周运动的速度 第二宇宙速度 ____ km/s 在地面附近发射飞行器使其克服 引力，永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇宙速度 ____ km/s 在地面附近发射飞行器使其挣脱 引力束缚，飞到太阳系外的 地面发射速度 7.9 11.2 16.7 地球附近 地球 太阳 最小 1、下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(　　) A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度 C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度 D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 √ √ 课堂练习 √ 课堂练习 人造地球卫星 (1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示. (2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心. 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动， v 卫星在轨道上的运行规律 写出卫星加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径 的关系： 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 加速度与半径关系：__________________ ， a=___________； 线速度与半径关系：__________________ ， v=___________； 角速度与半径关系：__________________ ， ω =_________； 周期与半径关系： __________________ ， T =___________。 卫星在轨道上的运行规律 ω2r 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 ω = 结论：高轨________速______周期 （r越大，v越_______） （r越大，a越_______） （r越大，ω越_____） （r越大，T_____） 小 小 小 大 低 长 越 高 越 慢 宇宙速度 复习回顾 遨游太空 卫星运行规律 卫星变轨问题 【例题】:已知地球的质量M=5.97×1024kg,半径R=6.37×106m,自转周期T=24h,G=6.67×10-11N·m2/kg2 (1)地球对卫星的引力就是卫星绕地球运动所需的向心力,列出万有引力定律与向心力公式的关系式,即可求解 (1)估算同步卫星离地面的高度. (2)简述为什么同步卫星轨道平面要与赤道平面重合 (2)根据同步卫星的功能,结合万有引力定律与圆周运动的特点进行分析 分析: (1)设同步卫星离地面的高度为h,地球对同步卫 星的引力就是同步卫星运动所需向心力,则有 (2)卫星绕