第七章万有引力与宇宙航行专题：分析解决双星、多星问题 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

万有引力与航天 分析解决双星，多星问题 神奇的黑洞是近代力学理论所预言的一种特殊天体，北京时间2019年4月10日，包括中国在内全球多地天文学家公布首张黑洞真容，科学家探索黑洞方案之一就是观察双星系统运动规律。 什么是双星系统呢？它们是怎样运动的呢？ 双星系统：两个恒星绕同一个点做圆周运动。 任务： 1.仔细观察双星系统模型，指出向心力的来源，计算双星轨道的半径之比，线速度之比和向心加速度之比。 2.讨论拓展分布均匀的三个地球同步地球卫星，假设地球周期可以减小，试求出此时三个地球同步卫星在保持能互相通信的条件下，求出此时卫星最小周期。 3.讨论第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度的意义，怎样求得第一宇宙速度的？ 4.根据所学知识，讨论怎样发射地球同步卫星。 多星模型 活动三：探究卫星变轨和多星模型 拓展提升：利用三颗位置分布均匀的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为多少小时？ 二、多星模型 活动三：探究卫星变轨和多星模型 牛顿设想： 铅球是这样成为人造卫星的 思考问题： 思考问题： 5.在什么情况下铅球才会稳定的围绕地 球做圆周运动？ 注意：F万=F向，铅球才不会掉回地面 从而做稳定的圆周运动 1.图中，最终铅球绕地球在做什么运动？ 2.是什么力提供它做圆周运动的向心力？ 3.如果F万>F向，铅球会如何运动？ 4.如果F万<F向，铅球会如何运动？ 铅球的速度应该多大呢？？？ 【科学足迹】 (1)若已知G=6.67×10-11 N·m2/kg2 , 地球质量M=5.98×1024 kg, 地球半径R=6400 km, 铅球以多大的速度才能绕地球表面运动成为地球的一颗卫星? (2)若地球质量未知,而知道地球表面处的重力加速度和地球半径,如何求得这个速度?请自主推导并得出这个速度的表达式。 铅球的速度应该多大呢？？？ [科学推理与论证] 注意：上式对其它天体也适用，R为天体半径， M为天体质量，g为天体 表面的重力加度，G为引力常量。 1.第一宇宙速度： v1= 宇宙速度： a.是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 b.是在地面附近发射人造地球卫星的最小发射速度 （1）第一宇宙速度的物理意义： （2）区分人造卫星的发射速度与运行速度 若发射速度大于7.9km/s，卫星的运动将会怎样呢？？？ [思考讨论] 当发射速度 7.9km/s<v<11.2km/s时， 卫星将沿椭圆轨道运动。 第二宇宙速度 （ ） 第三宇宙速度 （ ） v2=11.2km/s v3=16.7km/s 2.认识3个宇宙速度的意义 定义 大小 第一宇宙速度 （环绕速度） 是卫星在 附近（h«R）绕地球做 的速度。 第二宇宙速度 （脱离速度） 使物体挣脱 的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最 发射速度， 第三宇宙速度 （逃逸速度） 使物体挣脱 束缚的最 发射速度 v2=11.2km/s v1=7.9km/s v3=16.7km/s 地面 匀速圆周运动 地球 小 太阳 小 卫星变轨 问题：同步卫星距地面h =5.6R，怎样发射同步卫星？？？？ 卫星变轨 轨道1 轨道2 轨道3 P Q ①卫星在轨道2上经过P点的加速度与 卫星在 轨道3上经过P点的加速度大小 关系？ ②卫星在轨道1上经过Q点的速度与卫星 在轨 道2上经过P点的速度大小关系？ 由轨道1变到轨道2：在Q点喷火加速 由轨道2变到轨道3：在P点喷火加速 [思考与讨论] M，r同，a同 v1Q＜ v2Q 活动三：探究卫星变轨和多星模型 EVCapture4.1.3软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EVCapture4.1.3软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf57.25.100 $$