《广东省揭阳市高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行课件 新人教版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广东省揭阳市高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行课件 新人教版必修2（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、嫦嫦娥娥奔奔月月 敦煌壁画敦煌壁画飞天飞天300多年前，牛顿提出设想多年前，牛顿提出设想地面上的物体，怎样才能离开地球地面上的物体，怎样才能离开地球解：解：万有引力万有引力提供物体作圆周运动的提供物体作圆周运动的向心力向心力问题一：至少要以多大的速度抛出这个物体，才问题一：至少要以多大的速度抛出这个物体，才能使它恰好绕地球表面运动，不会落下来？能使它恰好绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 说明说明: :要使物体恰好绕地球表面运动而不落下来，要使物体恰好绕地球表面运动而不落下
2、来，至少至少要以要以7.9km/s7.9km/s的速度抛出这个物体。的速度抛出这个物体。代入数据的代入数据的v=7.9km/sv=7.9km/s一、宇宙速度一、宇宙速度 1 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度 v=7.9km/sn说明：说明：（）第一宇宙速度是发射卫星的（）第一宇宙速度是发射卫星的最小最小速度速度.（）等于这个速度，卫星（）等于这个速度，卫星刚好刚好能在能在地球表地球表面附近面附近作作匀速圆周运动。匀速圆周运动。 （ 3 ）如果卫星发射速度大于）如果卫星发射速度大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，卫星将沿，卫星将沿椭圆椭圆轨道绕地球运行轨道绕地球运行 当物体的发射速
3、度等于或大于当物体的发射速度等于或大于11.2km/s11.2km/s时，时，物体就会克服地球的引力，不再绕地球运行，物体就会克服地球的引力，不再绕地球运行，永远永远离开地球离开地球。2 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 v=11.2km/s 如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s16.7km/s16.7km/s16.7km/s时，时，时，时，物体就能物体就能物体就能物体就能摆脱太阳引力的束缚摆脱太阳引力的束缚摆脱太阳引力的束缚摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的，飞到太阳系以外的，飞到太阳系以外的，飞到太
4、阳系以外的宇宙空间去。宇宙空间去。宇宙空间去。宇宙空间去。“ “旅行者旅行者” ”1 1号探测器号探测器19881988年飞出太阳系年飞出太阳系 3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度 v=16.7km/s向向高轨道高轨道发射卫星与发射发射卫星与发射近地近地卫星相比哪个难度卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？大？哪个需要的发射速度大？高轨道卫星与近地卫星相比哪个高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度运行速度大？为什么？大？为什么？注：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度运行速度( (环绕速度环绕速度) ) 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度的
5、线速度发射速度发射速度 指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度（ v1=7.9km/s第一宇宙速度）第一宇宙速度）最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度人造卫星的运行半径人造卫星的运行半径r大大, 需要的需要的v发射发射大；而大；而v运行运行却小却小高轨道卫星需要的发射速度较大。高轨道卫星需要的发射速度较大。高轨道卫星的运行速度较小。高轨道卫星的运行速度较小。FV 设地球和卫星的质设地球和卫星的质量分别为量分别为M和和m，卫星，卫星到地心的距离为到地心的距离为r，求，求卫星运动的线速度卫星运动的线速度v、角速度角速度、周期、周期T ?二、人造卫星的运动规律二、人造卫
6、星的运动规律人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律地球地球同步卫星同步卫星：其其r、 v、an 均为定值均为定值T=24hT=24h， 练习练习1 1：求近地卫星的周期：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？ 已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , , 地球质量地球质量M=5.891024kg, , 地球半径地球半径R=6.37106m代入数据如图所示，如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？道的是哪一条？提示：卫星作圆周运动的提示：卫星作圆周运动的向心力向心力必须必须指向地心指向地心，即即轨道平面必通过地心轨道平面必通过
7、地心。F1F2F3赤道平面赤道平面同步卫星同步卫星定点于定点于赤道上空！赤道上空！卫星轨道平面必通过地心卫星轨道平面必通过地心总结：总结：运动轨迹是运动轨迹是椭圆椭圆。物体挣脱地球引力物体挣脱地球引力物体飞出太阳系物体飞出太阳系一、宇宙速度一、宇宙速度v第一宇宙速度：第一宇宙速度：v=7.9km/s物体在地面附近绕地球做物体在地面附近绕地球做匀速圆周匀速圆周运动运动7.9km/s v 11.2km/s第三宇宙速度：第三宇宙速度：16.7km/s第二宇宙速度：第二宇宙速度：v=11.2km/sv=11.2km/s最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度二、人造卫星的运动规律二、人造卫星的
8、运动规律1 1、轨道：卫星、轨道：卫星轨道平面必通过地心轨道平面必通过地心同步卫星同步卫星的轨道与赤道共面的轨道与赤道共面2 2、万有引力提供向心力、万有引力提供向心力三、梦想成真：三、梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想？谁为人类迈向太空提供科学思想？19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功？第一颗人造地球卫星何时何地发射成功？1957年年10月月4日苏联日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功？第一艘载人飞船何时何地发射成功？1961年年4月月12日日 苏联苏联 加加林加加林 东方一号载
9、东方一号载人飞船人飞船人类何时登上月球？人类何时登上月球？1969年年7月月16日日9时时32分，美国分，美国 阿波罗阿波罗11号升空号升空对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃却是巨大飞跃中国航天事业中国航天事业 1992 1992年载人航天工程正式启动年载人航天工程正式启动 20032003年年1010月月1515日日9 9时，神州时，神州5 5号号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕将第一位航天员杨利伟送入太空绕行行1414圈，圈，1010月月1616日日6 6时时
10、2323分降落在内分降落在内蒙古主着陆场蒙古主着陆场 中国成为世界上第三个独立开中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家展载人航天活动的国家神舟六号发射升空神舟六号发射升空费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜神舟七号出舱神舟七号出舱神七英雄神七英雄1.(1.(多选多选) )关于同步卫星关于同步卫星( (它相对于地面静止不动它相对于地面静止不动) )，下列说法中正确的是，下列说法中正确的是( () )A.A.它一定在赤道上空它一定在赤道上空B.B.同步卫星的高度和速率是确定的值同步卫星的高度和速率是确定的值C.C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.D.它运行的线速
11、度一定介于第一宇宙速度和第二它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间宇宙速度之间练习：练习：2 2、（双）如图所示，地球赤道上的山丘、（双）如图所示，地球赤道上的山丘e e、近、近地资源卫星地资源卫星p p和同步通信卫星和同步通信卫星q q均在赤道平面上绕地心均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设做匀速圆周运动设e e、p p、q q的圆周运动速率分别为的圆周运动速率分别为v v1 1、v v2 2、v v3 3，向心加速度分别为，向心加速度分别为a a1 1、a a2 2、a a3 3，则，则 ( () )A Av v1 1vv2 2vv3 3 B Bv v1 1vv3 3vaa2
12、 2aa3 3 D Da a1 1aa3 3aa2 2补充1 1、卫星从、卫星从低轨道低轨道到到高轨道高轨道需要：需要：点火加速2 2、但在、但在高高轨道时轨道时速度速度较较小小一、卫星变轨道一、卫星变轨道2013年年12月月6日日17时时47分，嫦娥三号开始实施近月制动，分，嫦娥三号开始实施近月制动，进入进入100公里环月轨道公里环月轨道，12月月10日晚日晚21:20分，嫦娥三分，嫦娥三号探测器将再次变轨，从号探测器将再次变轨，从100公里的环月圆轨道公里的环月圆轨道，降，降低到近月点（低到近月点（B点）点）15公里、远月点（公里、远月点（A点）点）100公里的公里的椭圆轨道椭圆轨道，为下
13、一步月面软着陆做准备关于嫦娥三，为下一步月面软着陆做准备关于嫦娥三号卫星下列说法正确的是号卫星下列说法正确的是A卫星在轨道卫星在轨道上上A点的加速度小于在点的加速度小于在B点的加速度点的加速度 B卫星沿轨道卫星沿轨道运动的过程中，卫星中的运动的过程中，卫星中的科考仪器处于失重状态科考仪器处于失重状态 C卫星从轨道卫星从轨道变轨到轨道变轨到轨道，在，在A点应加点应加速速 D卫星在轨道卫星在轨道经过经过A点时的速度小于在轨点时的速度小于在轨道道经过经过B点时的速度点时的速度 二、双星系统：二、双星系统：天文学家将天文学家将相距较近、仅在彼此的引相距较近、仅在彼此的引力作用下力作用下运行的两颗恒星称
14、为双星运行的两颗恒星称为双星. .双星系统在银河系双星系统在银河系中很普遍中很普遍. .利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量出它们的总质量. .已知某双星系统中两颗恒星已知某双星系统中两颗恒星围绕围绕它们它们连线上的某一固定点连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为分别做匀速圆周运动，周期均为T T，两颗恒星之间的距离为，两颗恒星之间的距离为r r，试推算这个双星系统的总，试推算这个双星系统的总质量质量.(.(引力常量为引力常量为G G) )经过一段时间的演化后，两星的总经过一段时间的演化后，两星的总质量变为原来的质量变为原来的k k
15、倍，两星之间的距倍，两星之间的距离变为原来的离变为原来的n n倍，则周期变为原来倍，则周期变为原来的多少倍？的多少倍？三、三、三星系统：三星系统：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的由质量相等的三颗星组成的三星系统三星系统, ,通常可忽略其通常可忽略其他星体对它们的引力作用他星体对它们的引力作用. .已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式: :一种是三颗星位于同一直线上一种是三颗星位于同一直线上, ,两颗星围绕中央星在两颗星围绕中央星在同一半径为同一半径为R R的圆轨道上运行的圆轨道上运行;
16、;另一种形式是三颗星位另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上于等边三角形的三个顶点上, ,并沿外接于等边三角形并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行的圆形轨道运行. .设每个星体的质量均为设每个星体的质量均为m m(1)(1)试求第一种形式下试求第一种形式下, ,星体运动的线速度和周期星体运动的线速度和周期. .(2)(2)假设两种形式下星体的运动周期相同假设两种形式下星体的运动周期相同, ,第二种第二种形式下星体之间的距离应为多少形式下星体之间的距离应为多少? ?练习：练习：1 1、（双）一行星绕某恒星做圆周运动、（双）一行星绕某恒星做圆周运动由天文观测可得其运行周期为由天文观测可得其运行周期为T T、速度为、速度为，已，已知引力常量为知引力常量为G G，则（），则（）A A行星运动的轨道半径为行星运动的轨道半径为B B行星的质量为行星的质量为C C恒星的质量为恒星的质量为D D行星运动的加速度行星运动的加速度
