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（第1课时） 星辰大海，是我们梦想的远方，浩瀚宇宙，是我们未知的探究。 中华民族，是勤劳和勇敢的民族，也是浪漫与诗意的民族。 嫦娥奔月是我们美好的愿望与膜拜； 万户升天则是我们勇敢的探索和牺牲…… 现代意义的宇宙航行的先行者是牛顿。 牛顿的猜想（牛顿大炮） 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。 新课引入 (1)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？当抛出速度非常大时，物体还能落回地球吗？ (2)已知地球的质量为m地，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ (3)已知地球半径R＝6400km，地球表面的重力加速度g＝10m/s2，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ 简单认为炮弹在地球表面附近（R=r）绕地球做匀速圆周运动：炮弹运动所需的向心力是由地球对它的万有引力提供，即 m v r 根据黄金代换GM=gR2 =8000m/s 近地卫星在100-200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径代表卫星到地心的距离。 5 第一宇宙速度 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 6 公式也适用于其他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。 第一宇宙速度 第一宇宙速度 3.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。 4.别称：环绕速度。 最小发射速度，意思是如果再小，就不能发射上天了，只能做平抛运动。 最大运行速度，意思是在稳定运行时，速度越大，轨道半径越小，这个速度如果再大，轨道半径就小于地球半径了。。 “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 第二宇宙速度 1.大小：v2＝11.2 km/s 2.物理意义： 卫星逃离地球引力的束缚，成为绕太阳运动 的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。 3.别称：逃逸速度 发射的天问一号，探测火星的， 10 第三宇宙速度 达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力；在地面附近发射一个物体，要使物体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 ，这个速度叫做第三宇宙速度。 美国发射的旅行者 11 第三宇宙速度 1.大小：v3＝16.7 km/s 2.物理意义： 卫星脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度。 3.别称：脱离速度 12 【深度思考】 1．不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？与卫星有关吗？ 2．第一宇宙速度7.9km/s是人造卫星的最________发射速度，最________运行速度；向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星需要更________的发射速度． 【例1】如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远．如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法错误的是(　　) A．以v<7.9km/s的速度抛出的物体可能落在A点 B．以7.9km/s<v<11.2km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动，在远地点的速率必小于7.9km/s C．以7.9km/s<v<11.2km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动，在远地点的速率可能超过7.9km/s D．以11.2km/s<v<16.