7.4 宇宙航行-2023-2024学年高一物理同步精讲课件（人教版2019必修第二册）

7.4 宇宙航行 人造地球卫星 载人航天与太空探索 多星问题 宇宙速度 目录 CONTENTS 1 2 4 3 知识回顾 两 条 基 本 思 路 1、万有引力等于重力 2、万有引力提供向心力 仰望星空，一片浩瀚璀璨，人类一直都梦想飞往太空，那要怎样才能实现呢？ 4 牛顿的猜想 英国科学家牛顿(1643-1727)在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿猜想当物体抛出速度足够大时，就不会落回地面上。 注意：人造卫星的发射速度和环绕速度是两个不同的概念 发射速度： 发射物体离开地面时的速度 环绕速度： 卫星在稳定的轨道上绕地球转动的速度 人造地球卫星的运行轨道 6 那么，发射速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？ 思考： 7 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有： 一、宇宙速度 人造地球卫星的最小发射速度。 8 由万有引力充当向心力有 物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动。设地球的质量为 M， 物体的质量为 m，速度为 v，它到地心的距离为 r。万有引力提供物体运动所需的向心力。 环绕地球运行的最大环绕速度。 9 在地面附近发射飞行器，如果速度等于 7.9 km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。 第一宇宙速度v1=7.9km/s 环绕速度 特点：a.人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度。 b.人造地球卫星的最小发射速度。 c.环绕地球运行的最大环绕速度。 10 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。 第二宇宙速度v2=11.2km/s 逃逸速度 11 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 第三宇宙速度v3=16.7km/s 脱离速度 12 【正确答案】CD 例1 (多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( 　　) 练一练： 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 例2 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s， 某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍， 此行星的第一宇宙速度约为( 　　) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s A 练一练： 二、人造卫星 1957年，10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。（斯普特尼克一号，下左图） 1970年，4月24日，我国上第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。（上右图） 钱学森——中国航天之父。 15 ① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度； ② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直； ③ 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。 地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道： 人造地球卫星的运行轨道 16 注意：人造卫星的发射速度和环绕速度是两个不同的概念 发射速度： 发射物体离开地面时的速度 环绕速度： 卫星在稳定的轨道上绕地球转动的速度 人造地球卫星的运行轨道 17 1.人造卫星运行的规律 只适用于圆轨道，由万有引力提供向心力。 高轨低速大周期 对于绕地球匀速圆周运动的人造卫星： （1）离地面越高，线速度越_____. （2）离地面越高，角速度越____. （3）离地面越高，周期越_____. （4）离地面越高，向心力越_____. 18 例3 如图所示的三个卫星，12在同一个轨道，3是同步卫星，问：v1、v2、v3大小关系？ 练一练 2 1 3 4 v1=v2>v3 2.两种特殊卫星 （1）近地卫星 指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。（2000km以下） 20 指相对于地面静止的人造卫星，也称“静止卫星”，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h 所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。 2.两种特