高中物理3.4 人造卫星 宇宙航行 课件（教科必修2）

欢迎进入物理课堂 人造卫星宇宙航行 前置学习 1 万有引力定律的表达式 2 行星运动向心力的来源 3 小球从同一高度做平抛运动 随初速度的增大 轨迹将如何变化 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 外国人的 飞天 梦 抛出的石头会落地 为什么月亮没有落下来 月亮没有落下来必须具备什么条件 问题一 牛顿的思考与设想 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 在地面附近 重力提供物体作圆周运动的向心力 以多大的速度抛出这个物体 它才会绕地球表面运动不落下 已知 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 探究问题一 一宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 7 9km s 说明 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作匀速圆周运动 3 大于7 9km s小于11 2km s 卫星将沿椭圆轨道绕地球运行 地心即椭圆轨道的一个焦点 虽然 R大 V小 但这里V指绕行速度 而非发射速度 因为向轨道发射卫星 火箭要克服地球引力对它做的功 轨道越高 要克服引力做功也多 发射速度越大 第一宇宙速度是最小的发射速度 也是最大的环绕速度 结论 发射速度与绕行速度 第二宇宙速度 脱离速度 这是卫星挣脱地球的引力束缚 成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 如果人造天体的速度大于11 2km s而小于16 7km s 则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆 太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点 v2 11 2km s 3 第三宇宙速度 逃逸速度 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 如果人造天体具有这样的速度 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 7km s 一宇宙速度 探究问题二 1 如图所示 a b c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条 提示 卫星作圆周运动的向心力必须指向地心 各种各样的卫星 按轨道特点常用分类 近地卫星轨道半径即地球半径 极地卫星轨道面与赤道面垂直 地球同步卫星卫星 通讯卫星 T 24h 轨道平面 赤道平面 周期T一定 相对于赤道上某点静止 h 36000km R v T an 全部固定 如何求 课堂练习 已知地球的半径是6400km 地球自转的周期24h 地球的质量5 89 1024kg 引力常量 6 67 10 11Nm2 kg2 若要发射一颗地球同步卫星 试求 1 地球同步卫星的离地面高度h 2 地球同步卫星的环绕速度v 结论 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度 并且以固定的速度环绕地球做圆周运动 19C中叶 俄罗斯学者奥尔科夫斯基指出 用喷气推进的多级火箭 是实现太空飞行的最有效工具 适当介绍 梦想成真 1957年 苏联发射第一颗人造地球卫星 1969年 阿波罗11号登月 1992年 中国载人航天工程启动 2003年 神舟五号宇宙飞船成功发射 杨利伟成为我国太空第一人 我国由此成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家 思考 对于绕地球运动的人造卫星 1 离地面越高 向心力越 2 离地面越高 线速度越 3 离地面越高 周期越 4 离地面越高 角速度越 5 离地面越高 向心加速度越 小 大 小 小 小 小结 一 卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供 二 三种宇宙速度 v1 7 9km s 会推导 v2 11 2km sv3 16 7km s 同步卫星的必须在赤道上空 同步卫星的个数大约3度角左右才能放置一颗卫星 地球的同步通讯卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全