廣東省揭陽市高中物理第六章萬有引力與航天6.5宇宙航行課件新人教版

嫦娥奔月

敦煌壁畫——飛天第一頁第二頁，共27頁。300多年前，牛頓提出設(shè)想地面上的物體，怎樣才能離開地球？第二頁第三頁，共27頁。解：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力問題一：至少要以多大的速度拋出這個物體，才能使它恰好繞地球表面運(yùn)動，不會落下來？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6400km)

說明:要使物體恰好繞地球表面運(yùn)動而不落下來，至少要以7.9km/s的速度拋出這個物體。代入數(shù)據(jù)的v=7.9km/s第三頁第四頁，共27頁。一、宇宙速度

1、第一宇宙速度

v=7.9km/s說明：（１）第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度.（２）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動。

（3）如果衛(wèi)星發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行．第四頁第五頁，共27頁。

當(dāng)物體的發(fā)射速度等于或大于11.2km/s時，物體就會克服地球的引力，不再繞地球運(yùn)行，永遠(yuǎn)離開地球。2、第二宇宙速度

v=11.2km/s第五頁第六頁，共27頁。

如果物體的發(fā)射速度等于或大于16.7km/s時，物體就能擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。“旅行者”1號探測器1988年飛出太陽系

3、第三宇宙速度

v=16.7km/s第六頁第七頁，共27頁。向高軌道發(fā)射衛(wèi)星與發(fā)射近地衛(wèi)星相比哪個難度大？哪個需要的發(fā)射速度大？高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運(yùn)行速度大？為什么？注：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念運(yùn)行速度(環(huán)繞速度)

指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度發(fā)射速度

指被發(fā)射物體離開地面時的速度（

v1=7.9km/s第一宇宙速度）最小發(fā)射速度最大運(yùn)行速度人造衛(wèi)星的運(yùn)行半徑r大,需要的v發(fā)射大；而v運(yùn)行卻小高軌道衛(wèi)星需要的發(fā)射速度較大。高軌道衛(wèi)星的運(yùn)行速度較小。第七頁第八頁，共27頁。FV

設(shè)地球和衛(wèi)星的質(zhì)量分別為M和m，衛(wèi)星到地心的距離為r，求衛(wèi)星運(yùn)動的線速度v、角速度ω、周期T?二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律第八頁第九頁，共27頁。人造衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律地球同步衛(wèi)星：其r、v、ω、an

均為定值T=24h，第九頁第十頁，共27頁。

練習(xí)1：求近地衛(wèi)星的周期我們能否發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星嗎？

已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6.37×106m代入數(shù)據(jù)第十頁第十一頁，共27頁。如圖所示，A、B、C、D四條軌道中不能作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動的向心力必須指向地心，即軌道平面必通過地心。ABCD思考第十一頁第十二頁，共27頁。F1F2F3赤道平面同步衛(wèi)星定點(diǎn)于赤道上空！衛(wèi)星軌道平面必通過地心ABCD第十二頁第十三頁，共27頁。總結(jié)：運(yùn)動軌跡是橢圓。物體掙脫地球引力物體飛出太陽系一、宇宙速度v第一宇宙速度：v=7.9km/s物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動7.9km/s﹤v﹤11.2km/s第三宇宙速度：16.7km/s第二宇宙速度：v=11.2km/s最小發(fā)射速度最大運(yùn)行速度第十三頁第十四頁，共27頁。二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律1、軌道：衛(wèi)星軌道平面必通過地心同步衛(wèi)星的軌道與赤道共面2、萬有引力提供向心力第十四頁第十五頁，共27頁。三、夢想成真：誰為人類邁向太空提供科學(xué)思想？19世紀(jì)中葉俄羅斯學(xué)者齊奧爾科夫斯基（噴氣推進(jìn)的多級火箭）第一顆人造地球衛(wèi)星何時何地發(fā)射成功？1957年10月4日蘇聯(lián)第一艘載人飛船何時何地發(fā)射成功？1961年4月12日蘇聯(lián)加加林東方一號載人飛船人類何時登上月球？1969年7月16日9時32分，美國阿波羅11號升空對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大飛躍第十五頁第十六頁，共27頁。中國航天事業(yè)1992年載人航天工程正式啟動

2003年10月15日9時，神州5號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星中心成功發(fā)射，將第一位航天員楊利偉送入太空繞行14圈，10月16日6時23分降落在內(nèi)蒙古主著陸場中國成為世界上第三個獨(dú)立開展載人航天活動的國家第十六頁第十七頁，共27頁。神舟六號發(fā)射升空費(fèi)俊龍聶海勝神舟七號出艙神七英雄第十七頁第十八頁，共27頁。

1.(多選)關(guān)于同步衛(wèi)星(它相對于地面靜止不動)，下列說法中正確的是(

)

A.它一定在赤道上空

B.同步衛(wèi)星的高度和速率是確定的值

C.它運(yùn)行的線速度一定小于第一宇宙速度

D.它運(yùn)行的線速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間第十八頁第十九頁，共27頁。練習(xí)：2、（雙）如圖所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步通信衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動．設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則()．A．v1>v2>v3B．v1<v3<v2C．a(chǎn)1>a2>a3D．a(chǎn)1<a3<a2第十九頁第二十頁，共27頁。補(bǔ)充第二十頁第二十一頁，共27頁。1、衛(wèi)星從低軌道到高軌道需要：點(diǎn)火加速2、但在高軌道時速度較小一、衛(wèi)星變軌道第二十一頁第二十二頁，共27頁。2013年12月6日17時47分，嫦娥三號開始實(shí)施近月制動，進(jìn)入100公里環(huán)月軌道Ⅰ，12月10日晚21:20分，嫦娥三號探測器將再次變軌，從100公里的環(huán)月圓軌道Ⅰ，降低到近月點(diǎn)（B點(diǎn)）15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)（A點(diǎn)）100公里的橢圓軌道Ⅱ，為下一步月面軟著陸做準(zhǔn)備．關(guān)于嫦娥三號衛(wèi)星下列說法正確的是A．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上A點(diǎn)的加速度小于在B點(diǎn)的加速度B．衛(wèi)星沿軌道Ⅰ運(yùn)動的過程中，衛(wèi)星中的科考儀器處于失重狀態(tài)C．衛(wèi)星從軌道Ⅰ變軌到軌道Ⅱ，在A點(diǎn)應(yīng)加速D．衛(wèi)星在軌道Ⅱ經(jīng)過A點(diǎn)時的速度小于在軌道Ⅱ經(jīng)過B點(diǎn)時的速度第二十二頁第二十三頁，共27頁。3、（雙）發(fā)射地球同步衛(wèi)星時,先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后經(jīng)點(diǎn)火,使其沿橢圓軌道2運(yùn)行,最后再次點(diǎn)火,將衛(wèi)星送入同步圓軌道3,軌道1、2相切于Q點(diǎn),軌道2、3相切于P點(diǎn),如圖所示.則在衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時,以下說法正確的是：A、衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率.B、衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度.C、衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時的加速度.D、衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時的加速度.兩軌道相切點(diǎn)，加速度大小相等，線速度大小不相等第二十三頁第二十四頁，共27頁。二、雙星系統(tǒng)：天文學(xué)家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星.雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍.利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動特征可推算出它們的總質(zhì)量.已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動，周期均為T，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量.(引力常量為G)經(jīng)過一段時間的演化后，兩星的總質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼膋倍，兩星之間的距離變?yōu)樵瓉淼膎倍，則周期變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮康诙捻摰诙屙?，?7頁。三、三星系統(tǒng)：宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng),通?？珊雎云渌求w對它們的引力作用.已觀測到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式:一種是三顆星位于同一直線