人教版物理必修二第六章第五节 宇宙航行.ppt

* * * * * * * * * * 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 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 牛顿的设想过程 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 探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km） 二、宇宙速度 1、第一宇宙速度 v1=7.9km/s 说明： 　（１）第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转； 　（２）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； 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． （3）如果卫星发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行．地心是椭圆轨道的一个焦点. ２、第二宇宙速度（逃逸速度） 当人造地球卫星的发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球引力，永远离开地球。 v2=11.2 km/s 3、第三宇宙速度 如果人造地球卫星具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了． v3=16.7 km/s 注意： 这三个“宇宙速度”的物理意义是什么？ 7.9km/sv＜11.2km/s v0 B A C v1——第一宇宙速度：卫星刚好能在地表附近作圆周运动最小发射速度 v2 ——第二宇宙速度：卫星挣脱地球引力束缚最小发射速度 v3 ——第三宇宙速度：卫星挣脱太阳引力束缚最小发射速度 v1=7.9km/s 第一宇宙速度 v2 =11.2km/s 第二宇宙速度 v3 =16.7km/s 第三宇宙速度 三、人造地球卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系： 2 Mm G r 小结： 当半径r越大时， v 、 w 、 an越小，而T越大。 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。 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。 四、人造地球卫星的轨道： 其他轨道 赤道轨道 极地轨道 五、近地卫星和同步卫星 1、近地卫星的轨道半径、向心加速度、线速度、周期： （1）轨道半径 （2）向心加速度 （3）线速度 （4）周期 2、地球同步卫星的轨道、周期、轨道半径、线速度、向心加速度： （1）轨道 只能是赤道轨道 （2）周期 （3）轨道半径 （4）线速度 （5）向心加速度 六、“黑洞”——特殊的天体 若某天体的质量为M, 半径为R,则该天体的： 第一宇宙速度： 第二宇宙速度： 七、天体能否被解体的问题： 若某天体的质量为M, 半径为R, 该天体的自转周期为T,该天体赤道上有一物体质量为m,为使该天体不被解体，则： 例：据观测某中子星的自转周期 ,要使该中子星不被解体，其密度至少为多大？ 解：设中子星质量为M, 半径为R, 赤道上有一物体质量为m,为使该中子星不被解体，则： （1） （2） 由（1）、（2）两式得： 答： 其密度至少为 练习:若地球自转加快，则地球上的一天为多长时间时地球将被解体? 八、多星系统： 1、双星系统： 例：《创新设计》第35页例题4 解：设两颗星星的轨道半径分别为r1,r2,周期为T,则： （1） （2） （3） 由（1）----(3)式得： 2、三星系统： 例：《题组训练》第126页第11题 解：设周期为T,则： （1） （2） （3） 由（1）----(3)式得： 作业 “问题与练习”第1，2，3题 * * *