宇宙航行11.ppt

§6.5 宇宙航行 一、牛顿的科学猜想 牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，他将绕地球运动。 二、宇宙速度 探究1: 抛出速度至少为多大,物体才不会落回地面而绕地球做圆周运动呢? 已知地球和物体的质量分别为M 和 m，物体到地心的距离为r，求物体绕地球作圆周运动的速度v？ 理论基础：万有引力提供向心力 解：万有引力提供向心力 故 = 由此解出v = 1.第一宇宙速度 大小：v=7.9km/s 解：在地球表面忽略地球自转的影响，则 = mg 即 mg = 解得：V= 探究２： 若速度v7.9km/s卫星的运动将会怎样呢？ 训练2： 第一宇宙速度（环绕速度）V1= 7.9km/s ,它是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星环绕地球运行的最大速度。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；等于 这个速度卫星刚好能在地球表面附近做匀速圆周运动；如果 大于 这个速度，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。（填“大于”、“小于”或“等于”） 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。也叫地面附近的逃逸速度。 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。 三、梦想成真 为何同步卫星只能在赤道上运行 地球对卫星的万有引力只能指向地心，把万有引力F分解为两个力F1、F2，其中F1提供卫星做圆周运动所需的向心力，而F2将使卫星向赤道附近漂移。 课堂练习 １.两颗人造地球卫星质量之比m1:m2=1:2,轨道半径之比r1:r2=3:1，下列有关数据之比正确的是( ) A、周期之比T1∶T2=3∶1 B、线速度之比v1∶v2=3∶1 C、向心力之比F1∶F2=1∶9 D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9 课堂练习 ２.宇航员在某一星球上以速度v0竖直上抛一物体，经时间 t 落回抛出点，已知该星球的半径为R，若要在该星球上发射一颗接近该星表面运转的人造星体，则该人造星体的速度大小为多少？ §6.5 宇宙航行 * 若已知近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R 代表卫星到地心的距离r，地球半径R=6400km，地球质量M=5.89×1024kg,把数据代入上式可解得： v=7.9km/s 意义：①是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的 速度，也叫做地面附近的环绕速度。 ②即绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度， ③也是最小发射速度； 训练１： 利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一表达式v＝ 宇宙速度 1、第一宇宙速度 V1=7.9km/s 地球 7.9km/sv11.2km/s 2、第二宇宙速度 V2=11.2km/s V3=16.7km/s 3、第三宇宙速度 人造卫星的运动规律 练习：求近地卫星的周期 我们能否发射一颗周期为80min的卫星？ 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 同步轨道 自转轴 人造卫星的轨道 地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上做匀速圆周运动，跟地球自转同步，它的周期：T＝24h h 练习:求同步卫星离地面高度 地球同步卫星的特点: 1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道上（静止轨道） ，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。 2、对同步卫星：其r、h、v、ω、T 、g均为确定值 h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27.3d h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84min 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星、同步卫星、月球三者比较 凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列方程，即: 重力=万有引力 万有引力=向心力 星球表面的重力加速度 人造星体靠近该星球运转时： 解： 设M为星球质量，m为人造星体质量