人教版高中物理必修第2册 第七章 万有引力与宇宙航行 4 宇宙航行.pptVIP

第七章万有引力与宇宙航行

4宇宙航行1.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。2.了解人造卫星的相关知识,知道地球同步卫星的特点,通过对比“同步卫星、近

地卫星、地球赤道上物体”的运行规律,提高推理分析能力。3.了解我国卫星发射情况,增强民族自信,体会人类探索宇宙的成就和科学精神。?

1|宇宙速度1.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①人造地球卫星????。2.近地卫星的速度(1)原理:物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动时,万有引力提供物体运动所需的

向心力,所以②????G?????=m?,解得v=③?????????。(2)结果:用地球半径R代替近地卫星到地心的距离r,可得v=?m/s=④7.9????km/s。

3.宇宙速度数值意义第一宇宙速度⑤7.9????km/s物体在地球表面附近绕地球做⑥匀速圆周运动????的速度第二宇宙速度⑦11.2????km/s使物体挣脱⑧地球????引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度⑨16.7????km/s使物体挣脱⑩太阳????引力束缚的最小地面发射速度

2|人造地球卫星1.动力学特点一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做?匀速圆周????运动,其向心力由地球对它的?万有引力????提供。2.地球同步卫星相对于地面静止,且运动周期与地球自转周期相同的卫星,也称静止卫星。地球同

步卫星具有以下特点:(1)轨道平面一定:所有的地球同步卫星都在赤道的正上方,其轨道平面必与赤道平

面重合;(2)绕行方向一定:和地球自转方向一致;(3)周期一定:和地球自转周期相同,即T=24h;(4)高度一定:位于赤道上方高度约3.6×104km处,距地面高度固定不变。

1.我国计划于2020年发射火星探测器,火星探测器的发射速度大于16.7km/s。(?????)2.地球同步卫星可以“静止”在北京的上空。(?????)3.我国发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”的周期是114min,离地面的高

度比地球同步卫星低。(√)4.第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度。?(√)5.卫星绕地球运行的轨道半径越大,其运行速度越大。?(?????)提示:由G?=m?可得v=?,可知卫星绕地球运行的轨道半径越大,其运行速度越小。6.绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s。?(?????)提示:第一宇宙速度是环绕地球运行的卫星的最大线速度,所有人造地球卫星的运行速度都小于7.9km/s。判断正误，正确的画“√”，错误的画“?”。

1|宇宙速度情境????2020年6月23日9时43分,我国北斗系统第55颗导航卫星,即北斗三号最后一

颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心搭载长征三号乙运载火箭成功发射,并于7月

29日完成在轨测试、入网评估等工作,将正式入网服务。众所周知,卫星的发射需

要足够大的速度。

问题1.怎样求地球的第一宇宙速度?提示:根据G?=m?得v=?,可知要求第一宇宙速度,需知道地球的质量和半径。2.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度更大还是更小?提示:卫星的轨道越高,需要的发射速度越大。3.不同天体的第一宇宙速度是否相同?天体的第一宇宙速度的决定因素是什么?提示:不同天体的第一宇宙速度不同。由?=m?得,第一宇宙速度v=?,可以看出,天体的第一宇宙速度的值取决于天体的质量M和半径R。

认识第一宇宙速度第一宇宙速度是人造地球卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度,即近地卫星

的环绕速度。 第一宇宙速度的推导对于近地人造卫星,轨道半径r近似等于地球半径R=6400km,卫星在轨道处所受的

万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力,取g=9.8m/s2,则:方法一:由万有引力提供向心力,有?=?,且有r≈R,故v=?=7.9km/s。方法二:在地面附近,卫星的重力提供其做圆周运动的向心力,即mg=?,得v=?=7.9km/s。

第一宇宙速度的决定因素由第一宇宙速度的计算式v=?可以看出,第一宇宙速度的值由中心天体决定,其大小取决于中心天体的质量M和半径R,与卫星无关。 对发射速度和环绕速度的理解(1)最小发射速度:向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难,因为发射卫星时要

克服地球对它的引力做功。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道,而近地轨道的

发射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。(2)最大环绕速度:在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中,近地卫星的轨道半径最小,由G?=m?可得v=?,轨道半径越小,线速度越大,所以在这些卫星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。

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