7.4 宇宙航行 课件 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行 人教版高中物理必修第二册 恒星 位置固定 行星 位置不固定 1 嫦娥奔月 敦煌飞天壁画 万户飞天 古老的飞天梦想 导入新课 观看嫦娥奔月的运行过程 在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？ 如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 复习与回顾 4 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢? 牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。 复习与回顾 如果把拱桥半径增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？ (1)建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 (2)基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供 请计算：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地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ 1.建立模型与基本思路 公式也适用于其它天体有关第一宇宙速度的计算问题。 (1)定义：是人造卫星(或航天器)近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。 (M为地球质量；R为地球球体半径) (2)公式： (g为地球表面重力加速度；R为地球球体半径) 地球的第一宇宙速度大小为7.9km/s。 2.第一宇宙速度 （3）“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 v＝7.9 km/s是最小的发射速度 2.第一宇宙速度 v＝7.9 km/s是最大环绕速度 2.第一宇宙速度 (4)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由 可得 ，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（脱离速度）。 第二宇宙速度 达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度（逃逸速度）。 第三宇宙速度 1.第一宇宙速度：（环绕速度） （1）概念：物体发射速度为7.9km/s，称为第一宇宙速度，也称环绕速度。 （2）状态和特点：只能贴近地球做匀速圆周运动，既是绕地匀速圆周运动的最大环绕速度，也是克服引力做功最少的最小发射速度。成为人造卫星 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， 不同中心天体三个宇宙速度也不相同。． 3.第三宇宙速度：（逃逸速度） （1）概念：物体发射速度为16.7km/s，称为第三宇宙速度 （2）状态和特点：摆脱太阳引力，逃出太阳系。成为自由天体 2.第二宇宙速度：（脱离速度） （1）概念：物体发射速度为11.2km/s，称为第二宇宙速度 （2）状态和特点：脱离地球引力，不再绕地球运行。 宇宙速度 总结： 巨大的挑战 牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到很大的速度，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级火箭研制成功，才为人造地球卫星的发射创造力条件。 第一颗人造卫星发射成功 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”被苏联送到了外层空间。迄今为止，人类已经发射了上万颗卫星…… 这么多卫星会不会相撞呢？ 我们通过研究卫星的轨道、参量以及类型探究一下。 如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？ A B C D 人造地球卫星的轨道 总结：所有卫星都在以地心为圆心（或焦点） 的圆（或椭圆）轨道上运行。 A、B、C三颗卫星靠万有引力提供向心力，而万有引力指向地心，故轨道圆心一定与地心重合。 1.赤道轨道：卫星始终处于赤道正上方。 3.任意轨道：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。 根据卫星的向心力的来源，可知圆心不在地心的卫星是不存在的，所以卫星轨道分为以下三类： 人造卫星的轨道 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：