7.4宇宙航行之人造天体的发射——宇宙速度 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

主讲人：贺老师 第27讲 人造天体的发射----宇宙速度 知识疏理 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？ 问题： 要想抛出去的石头不落下来，必须具备什么条件？ 知识疏理 牛顿人造卫星原理图 牛顿的思考与设想： 水平抛出的速度v越大时，落地点越远，而地面也在弯曲，若速度不断增大，将会出现什么结果？ 知识疏理 第一宇宙速度 1.第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具 备的速度。 说明： （１）如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转； （２）卫星发射速度等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动； 知识疏理 法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力 法二：重力提供物体作圆周运动的向心力 第一宇宙速度 需要知道星球质量M、星球半径R 需要知道星球表面g、星球半径R 知识疏理 第一宇宙速度 第二、三宇宙速度 知识疏理 如果人造天体的发射速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点。 2.第二宇宙速度（脱离速度）：v2=11.2 km/s 　 这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。 知识疏理 3.第三宇宙速度（逃逸速度）：v3=16.7km/s 如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了。 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。 第二、三宇宙速度 知识疏理 归纳总结： 第一宇宙速度 物体落回地面 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动 物体绕地球运转，轨迹是椭圆 物体绕太阳运动 物体飞出太阳系 发射速度v 运动情况 v﹤7.9km/s v=7.9km/s 7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s 11.2km/s v ﹤16.7km/s 16.7km/s v 第二宇宙速度 第三宇宙速度 发射速度与绕行速度 知识疏理 （1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道。 （2）绕行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。 发射速度与绕行速度 知识疏理 为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度，又是最大的环绕速度？ 从发射卫星的角度： 从绕行天体的角度： 如果发射速度小于第一宇宙速度，卫星将直接落回地面。 第一宇宙速度是最小的发射速度。 以第一宇宙速度发射卫星，卫星将贴着地表飞 第一宇宙速度是最大的环绕速度。 典例精析 典例1.“嫦娥二号”卫星于2010年10月1日发射，它的绕月飞行轨道由“嫦娥一号”时的200公里高度降低到了100公里。如果“嫦娥二号”卫星在近地点600km处通过发动机短时点火，实施变轨，进入椭圆轨道。则卫星在近地点点火后的速度(　 ) A．小于7.9km/s B．大于7.9km/s，小于11.2km/s C．大于11.2km/s D．大于11.2km/s，小于16.7km/s 【解析】当卫星的速度等于或大于11.2km/s时就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行，而“嫦娥二号”变轨后，仍绕地球运动，故速度应小于11.2km/s。 典例精析 典例1.“嫦娥二号”卫星于2010年10月1日发射，它的绕月飞行轨道由“嫦娥一号”时的200公里高度降低到了100公里。如果“嫦娥二号”卫星在近地点600km处通过发动机短时点火，实施变轨，进入椭圆轨道。则卫星在近地点点火后的速度(　 ) A．小于7.9km/s B．大于7.9km/s，小于11.2km/s C．大于11.2km/s D．大于11.2km/s，小于16.7km/s 【解析】卫星在地面附近做匀速圆周运动所具有的线速度是7.9km/s，所以在近地点变轨时，加速后，速度将大于7.9km/s。 B 【解析】由万有引力提供向心力推导第一宇宙速度 典例精析 典例2.紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，求该小行星的第一宇宙速度.（已知地球半径R0=6400km,地球的第一宇宙速度v0=8km/s) 课堂小结 1.掌握三种宇宙速度 第一宇宙速度：v＝7.9km／s ，是卫星发射的最小速度。 第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度。 第三宇宙速度： v＝16.7km／s，是挣脱太阳束缚的最小发射