《宇宙航行》万有引力与宇宙航行(完美)课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4/30/2021,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/4/30,#,4.,宇 宙 航 行,一、第一宇宙速度,【,思考,】,如图,把物体水平抛出,如果速度足够大,物体就不再落到地面,它将绕地球运动,成为地球的人造卫星,是什么力使物体绕地球运动,?,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,提示,:,地球与物体之间的万有引力。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,(1),物体绕地球速度推导,:,物体绕地球的运动可视作匀,速圆周运动,万有引力提供物体运动所需的向心力,有,=m ,由此解出,:v=_(m,地,为地球质量,r,为物体做圆周运动的半径,),。,(2),数值,:,已知地球的质量,近似用地球半径,R,代替,r,算,出,v=_,这就是物体在地球附近做匀,速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度。,7.9 km/s,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,二、第二宇宙速度,当飞行器的速度等于或大于,_,时,它就会克服,地球的引力,永远离开地球,我们把,_,叫作第二,宇宙速度。,11.2 km/s,11.2 km/s,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,三、第三宇宙速度,在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的,束缚,飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于,_,这个速度叫作第三宇宙速度。,16.7 km/s,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,一第一宇宙速度的定性分析和定量计算,任务,1,第一宇宙速度的定性分析,1.,第一宇宙速度,:,第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,2.,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,第一宇宙速度,的大小取决于中心天体的质量,M,和半径,R,与卫星无关。,3.“,最小发射速度”,:,如果发射速度低于第一宇宙速度,因为受到地球引力作用,发射出去的卫星就会再回到地,球上,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,4.“,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 可,得 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。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,思考,讨论,】,在,100,200 km,高度飞行的地球卫星,能说在地面附近飞行吗,?,为什么,?(,科学思维,),提示,:,可以。因为,100,200 km,与地球半径,6 400 km,相比,可以忽略。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,典例示范,1】,(,多选,),关于第一宇宙速度,以下叙述正确的是,(,),A.,它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度,B.,它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度,C.,它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度,D.,它是人造卫星发射时的最大速度,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,B,、,C,。第一宇宙速度是指卫星围绕天体表,面做匀速圆周运动的线速度,满足关系 即,v=,且由该式知,它是最大环绕速度,;,卫星发射得,越高,需要的发射速度越大,故第一宇宙速度等于最小,发射速度,选项,B,、,C,正确。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,任务,2,第一宇宙速度的定量计算方法,1.,根据星球表面的重力加速度可计算它的第一宇宙速,度,依据是,mg=m,。,2.,根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇,宙速度,依据是,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,典例示范,2】,已知某星球的质量是地球的,n,倍,半径,是地球的,k,倍,地球的第一宇宙速度为,v,则该星球的第,一宇宙速度为,(,),A.v,B.v,C.v D.nkv,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,A,。对于地球,:;,对于星球,:,解以上两式得,:v,1,=v,。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,素养训练,】,1.(,多选,),第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度,则有,(,),A.,被发射的物体质量越大,第一宇宙速度越大,B.,被发射的物体质量越小,第一宇宙速度越大,C.,第一宇宙速度与被发射物体的质量无关,D.,第一宇宙速度与地球的质量有关,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,C,、,D,。第一宇宙速度,v,1,=,与地球质量,M,有关,与发射物体质量无关。故选项,C,、,D,正确。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,2.,若取地球的第一宇宙速度为,8 km/s,某行星的质量是地球的,6,倍,半径是地球的,1.5,倍,此行星的第一宇宙速度约为,(,),A.16 km/sB.32 km/s,C.4 km/s D.2 km/s,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,A,。由 因为行星的质,量,M,是地球质量,M,的,6,倍,半径,R,是地球半径,R,的,1.5,倍,即,M=6M,R=1.5R,。由 得,v=2v=28 km/s=16 km/s,。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,补偿训练,】,已知地球自转的角速度为,7.2910,-5,rad/s,月球到地球中心的距离为,3.8410,8,m,在地球表面发射卫星的第一宇宙速度为,7.910,3,m/s,第二宇宙速度为,11.2 10,3,m/s,第三宇宙速度为,16.710,3,m/s,假设地球上有一棵苹果树长到了接近月球那么高,则当苹果脱离苹果树后,将,(,),宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,A.,落向地面,B.,成为地球的同步“苹果卫星”,C.,成为地球的“苹果月亮”,D.,飞向茫茫宇宙,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,D,。,v=r=3.8410,8,7.2910,-5,m/s 2.810,4,m/s16.710,3,m/s,故苹果将飞向茫茫宇宙。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,二人造地球卫星,任务,1,人造地球卫星的轨道特点,1.,卫星运动遵循的规律,:,卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,地心在椭圆的一个焦点上,卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,2.,卫星轨道的圆心,:,卫星绕地球沿圆轨道运动时,因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力,而万有引力指向地心,所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,3.,卫星的轨道,:,卫星的轨道平面可以在赤道平面内,(,如同步卫星,),可以通过两极上空,(,极地轨道卫星,),也可以和赤道平面成任一角度,如图所示。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,思考,讨论,】,人造地球卫星按怎样的轨道运行,谁提供向心力,?(,物理观念,),宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,提示,:,人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球对它的万有引力提供向心力,地球对卫星的万有引力指向地心。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,典例示范,1】,如图所示,有关人造地球卫星轨道的正确说法有,(,),A.a,、,b,、,c,均可能是卫星轨道,B.,卫星轨道只可能是,a,C.a,、,b,均可能是卫星轨道,D.b,可能是同步卫星的轨道,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,C,。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆心是地球的地心,所以凡是地球卫星,轨道面必定经过地球中心,所以,a,、,b,均可能是卫星轨道,c,不可能是卫星轨道,故,A,、,B,错误,C,正确,;,同步卫星的轨道必定在赤道平面内,所以,b,不可能是同步卫星的轨道,故,D,错误。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,任务,2,地球同步卫星,1.,地球同步卫星,:,位于地球赤道上方,相对于地面静止不动,它的角速度跟地球的自转角速度相同,广泛应用于通信,又叫同步通信卫星。,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,2.,地球同步卫星的特点,:,项目,内容,周期一定,与地球自转周期相同,即,T=24 h=,86 400 s,角速度一定,与地球自转的角速度相同,高度一定,卫星离地面高度,h=r-R6R(,为恒量,),速度大小一定,v=3 km/s(,为恒量,),宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,项目,内容,向心加速度大小一定,a=0.23 m/s,2,轨道平面一定,轨道平面与赤道平面共面,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,典例示范,2】,(,多选,)“,静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的,n,倍,下列说法中正确的是,(,),宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,A.,同步卫星距地面的高度是地球半径的,(n-1),倍,B.,同步卫星运行速度是第一宇宙速度的,C.,同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转,获得的速度的,D.,同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的,(,忽略地球的自转效应,),宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,宇宙航行,万有引力与宇宙航行,PPT,课件,【,解析,】,选,A,、,B,。地球同步卫星的轨道半径是地球半,径的,n,倍,所以同步卫星距地面的高度是地球半径的,(n-,1),倍,A,正确。由万有引力提供向心力得,第一宇宙速度,v=,所以同步卫,星运行速度是第一宇宙速度的,B,正确。同步卫星与,地球赤道上的物体具有相同的角速度,根据,v=r,知