【物理】6.5宇宙航行课件2〔人教版必修2〕.ppt

卫星运动轨道特点： 万有引力提供向心力，所以轨道平面一定经过地球中心，卫星围绕地球的中心做匀速圆周运动。 卫星常见的轨道： 其他轨道 同步卫星的线速度 * * 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行 人教版必修2 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想，怎样才能实现这一梦想呢？ 一、牛顿的设想 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,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星，简称 人造卫星 由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的引力提供向心力。 探究问题一： 思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ 根据：卫星做圆周运动的向心力必须指向地心。 想一想：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？ 赤道轨道 极地轨道 建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。 G Mm r 2 =m v 2 r v= GM r 请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ 二、宇宙速度 1、第一宇宙速度 即：卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度——第一宇宙速度 思考：如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？ 由 第一宇宙速度的计算方法二： 则 思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？ 由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星，发射速度必须等于7.9km/s 。所以宇宙第一速度是最小的发射速度。 所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射速度就不能小于第一宇宙速度。 即：人造卫星的运动有何规律？ 可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系 高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。 F V 思考：卫星运动的线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？ 所以7.9km/s是最小发射速度，也是最大环绕（运行）速度。 思考：若发射速度大于7.9km/s，则人造卫星将如何运动？ 发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。 等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。 运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。 2、第二宇宙速度 大小：v=11.2km/s 意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。 3、第三宇宙速度 大小：v=16.7km/s 意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外。 发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。 思考与讨论： 人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小是多少？ =84.6min 或： 思考：人造卫星的周期能否为24小时？ 三、梦想成真 1、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h 2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。 对同步卫星：其r、 v、ω、T 、均为定值 计算同步卫星高度 由万有引力提供向心力 同步通讯卫星轨道半径： 解：由万有引力提供向心力 故 : 将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯卫星的速率 由此解出: 同步卫星发射过程 卫星的变轨问题 四、梦想成真 1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。 世界航天史 1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。 火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。 1969年7月16日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类