高中物理必修二6.5宇宙航行

高中物理必修二6.5宇宙航行第一頁，共18頁。問題:一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想

地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用,為什么月亮不會落到地面上來?問題情境

由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉(zhuǎn),此時月球受到的地球引力(即重力),用來充當(dāng)繞地球運轉(zhuǎn)的向心力,故月球不會落到地面上來.第一頁第二頁，共18頁。一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想

物體做平拋運動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠(yuǎn)。2.若拋出物體的水平初速度足夠大,物體將會怎樣?試大膽猜想。

由于地球是一個圓球,當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時,物體飛行的距離也很大,故物體不能再落回地面,而成為一顆繞地球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星.ABCOV0D問題:問題情境第二頁第三頁，共18頁。

從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點離山腳越遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠(yuǎn)繞地球運動的人造衛(wèi)星。牛頓人造衛(wèi)星原理圖一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想第三頁第四頁，共18頁。

思考？

1.以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的衛(wèi)星?

推導(dǎo)方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入數(shù)據(jù)得：推導(dǎo)方法二：地表附近，重力近似等于萬有引力

人們把7.9km/s這個速度稱作第一宇宙速度,又叫環(huán)繞速度。如果發(fā)射速度如小于第一宇宙速度,衛(wèi)星將落到地面;

如果發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星剛好能貼著地球表面作勻速圓周運動。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。二、宇宙速度第四頁第五頁，共18頁。問題:

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s

，會怎樣呢？第二宇宙速度:物體克服地球引力,永遠(yuǎn)脫離地球的速度.（脫離速度）第三宇宙速度:物體掙脫太陽引力,飛出太陽系的速度.(逃逸速度)11.2km/s>V>7.9km/sV=16.7km/sV=11.2km/sV=7.9km/s繞地球運動的軌跡就不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大，橢圓軌道越“扁”。

第一宇宙速度:物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度.（環(huán)繞速度）二、宇宙速度第五頁第六頁，共18頁。1、當(dāng)發(fā)射速度為7.9km/s,

物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動；2、當(dāng)發(fā)射速度大于7.9km/s時：

①7.9km/s<V<11.2km/s,但環(huán)繞速度<7.9km/s

物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓；

②11.2km/s<V<16.7km/s

物體脫離地球的吸引而圍繞太陽運行；

③V>16.7km/s

物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。二、宇宙速度第六頁第七頁，共18頁。

2、第二宇宙速度（脫離速度）：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個速度叫第三宇宙速度。1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）:就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度V=7.9km/s，若7.9km/s<v<11.2km/s，它繞地球運動的軌跡是橢圓.(最大環(huán)繞速度,最小發(fā)射速度)2、第二宇宙速度（脫離速度）：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個速度叫第三宇宙速度。第七頁第八頁，共18頁。

表征人造衛(wèi)星運行狀態(tài)的物理量有三個:

環(huán)繞速度v,

轉(zhuǎn)動半徑r(或R+h,h為離地的高度)

轉(zhuǎn)動周期T.

將各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動，則衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第八頁第九頁，共18頁。

結(jié)論：衛(wèi)星的運行速度、角速度、運轉(zhuǎn)周期與其本身質(zhì)量無關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。離地面越高的衛(wèi)星，運行速度越小，周期越長，發(fā)射需要的初速度越大。

所以，第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度。（補充）：衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運行速度的區(qū)別三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第九頁第十頁，共18頁。

發(fā)射速度：衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度、進(jìn)入運動軌道；運行速度：衛(wèi)星在進(jìn)入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大速度。

三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十頁第十一頁，共18頁。問題：

將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大？哪一個更容易？為什么？

向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時,

需要的初速度越大，火箭克服地球?qū)πl(wèi)星的引力而作更多的功,對火箭的要求更高一些,所以比較困難.三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十一頁第十二頁，共18頁。提示：同學(xué)們算算，近地衛(wèi)星的周期（最小周期）又是多少呢？思考：我們能否發(fā)射一顆周期為70min的衛(wèi)星呢？不能??！第十二頁第十三頁，共18頁。

所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上三類人造地球衛(wèi)星軌道：①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。人造地球衛(wèi)星的運行軌道

第十三頁第十四頁，共18頁。第十四頁第十五頁，共18頁。相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。對于同步衛(wèi)星的發(fā)射及軌道定位有什么要求呢，怎樣才能保持與地球同步呢？地球同步衛(wèi)