7.4 宇宙航行 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

3/5/2025 1 第七章 万有引力与宇宙航行 7.4 宇宙航行 行星的运动 万有引力定律 万有引力理论的成就 宇宙航行 相对论时空观与牛顿力学的局限性 Tianchenyi 3/5/2025 2 温故知新 计算天体质量的两种方法 一、星球表面，引力提供重力 二、环绕运动，引力提供向心力 3/5/2025 3 情景导入 火箭如何挣脱地球引力？卫星为什么能绕地球飞行？ 长征二号F遥十九运载火箭 卫星绕地球运行 2024年10月30日4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟十九号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。 3/5/2025 4 宇宙速度 1687年出版 牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次 比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。 这个速度究竟有多大？ 3/5/2025 5 宇宙速度 思考：当物体最少以多大的速度抛出时，它才会绕地球运动而不会落下来？ 建立理想化模型：假设地球为均匀球体，忽略自转，将物体绕地球的运动简化为匀速圆周运动 物体做匀速圆周运动，万有引力提供其所需的向心力，即 方法一： 3/5/2025 6 宇宙速度 已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2，地球质量M=5.98×1024kg，物体到地球的距离r可近似由地球半径R代替，地球半径R=6.4×106m, 代入这些数据，即可算出 7.9km/s，这个速度就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度——第一宇宙速度。 3/5/2025 7 宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动，忽略自转的影响，可近似认为向心力是由重力提供的，即 方法二： 有人说，第一宇宙速度(g为重力加速度，R为地球半径)也可用算出，你认为正确吗？ 3/5/2025 8 宇宙速度 1、第一宇宙速度 【计算式】 或 物体（人造卫星或航天器）在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。 第一宇宙速度：7.9km/s 3/5/2025 9 宇宙速度 当物体的速度小于7.9km/s时，会落回地面；当物体的速度等于7.9km/s时，会绕地球做匀速圆周运动。若物体的速度大于7.9km/s时，物体会做什么运动呢？ 理论研究指出，当地面附近发射的飞行器速度大于7.9km/s，小于11.2 km/s时绕地球运行轨迹是椭圆。 3/5/2025 10 宇宙速度 2、第二宇宙速度 当飞行器的速度等于或大于 11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度。（脱离地球速度） 第二宇宙速度：11.2km/s 3/5/2025 11 宇宙速度 3、第三宇宙速度 当飞行器速度等于或大于16.7km/s时，就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，这个速度叫作第三宇宙速度。（逃逸速度） 第三宇宙速度：16.7km/s 3/5/2025 12 宇宙速度 宇宙速度 数值 物理意义 第一宇宙速度 7.9km/s （1）地球表面发射卫星的最小发射速度 （2）卫星在地球表面做圆周运动的最大运行速度 第二宇宙速度 11.2km/s 挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度 16.7km/s 挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 三大宇宙速度的比较 3/5/2025 13 宇宙速度 例1：以下关于宇宙速度的说法中正确的是(　　)。 A.第一宇宙速度是人造地球卫星发射时的最大速度 B.第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度 C.人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度 D.地球上的物体无论具有多大的速度都不可能脱离太阳的束缚 C 第一宇宙速度是人造卫星最小发射速度，做圆周运动的最大运行速度 3/5/2025 14 人造地球卫星 东方红一号 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”在酒泉卫星发射中心发射成功，拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。 为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。 3/5/2025 15 人造地球卫星 同步卫星与近地卫星 同步卫星：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，位于赤道的正上方 近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径近似取地球半径 T=24h，ω相同 3/5/2025 16 人造地球卫星 例2：如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是（ ）。（多选） A.三者的周期关系为TA<TB<TC B.三者向心加速度大小关系为aA>aB>aC C.三者角速度的大小关系为ωA=ωC<ωB D.三者线速度的大小关系为vA<vC<vB CD 3/5/2025 17 载人航天与太空探索 人类的载人航天与太空探索P61～P63 3/5/2025 18 课堂小结 宇宙航行 宇宙速度 人造地球卫星 载人航天与太空探索 3/5/2025 19 课后练习 1、关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是（ ）。 A.第一宇宙速度又叫环绕速度 B.第一宇宙速度又叫脱离速度 C.第一宇宙速度跟地球的质量无关 D.第一宇宙速度跟地球的半径无关 A 第一宇宙速度↔环绕速度 第二宇宙速度↔脱离速度 第三宇宙速度↔逃逸速度 3/5/2025 20 课后练习 2、关于地球同步卫星的说法正确的是（ ）。 A.所有地球同步卫星一定在赤道上空 C.不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等 B.不同的地球同步卫星，离地高度不同 D.所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等 A 所有地球同步卫星的周期、轨道半径、向心加速度大小都相等 3/5/2025 21 课后作业 请完成书本P64页的习题1、3！ 3/5/2025 22 Thank you！ Lavf59.27.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.0.26 Lavf59.34.101 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.18(fixed_gap:False) $$