7.4宇宙航行課件高一下學(xué)期物理人教版(1)2

7.4宇宙

航行、、嫦娥奔月敦煌飛天壁畫(huà)萬(wàn)戶飛天古老的飛天夢(mèng)想如圖所示從高山上水平拋出一物體，據(jù)此思考以下問(wèn)題：1)拋出速度較小時(shí)，物體做什么運(yùn)動(dòng)？2)拋出速度較大時(shí)，落地點(diǎn)位置有何變化？3)物體剛好不落回地面時(shí)，做什么運(yùn)動(dòng)？一、宇宙速度(1)建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)基本思路：向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供

請(qǐng)計(jì)算：已知地球半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=6.0×1024kg，衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度有多大？一、宇宙速度

如果不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度

v？由則一、宇宙速度公式也適用于其他天體有關(guān)第一宇宙速度的計(jì)算問(wèn)題。(1)定義：物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度。(M為地球質(zhì)量；R為地球球體半徑)(2)公式：(g為地球表面重力加速度；R為地球球體半徑)地球的第一宇宙速度大小為7.9km/s。1.1.第一宇宙速度

理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s

時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開(kāi)地球。我們把

11.2km/s叫作第二宇宙速度。1.2.第二宇宙速度

達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無(wú)法脫離太陽(yáng)對(duì)它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個(gè)速度叫作第三宇宙速度。1.3.第三宇宙速度東方紅1號(hào)衛(wèi)星

1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”發(fā)射成功，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)航天史的新紀(jì)元。二.地球衛(wèi)星墨子號(hào)量子衛(wèi)星北斗導(dǎo)航衛(wèi)星2.1.我國(guó)的發(fā)射的衛(wèi)星2.2.不同軌道的地球衛(wèi)星

在地球的周?chē)性S多的衛(wèi)星在不同軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。請(qǐng)思考：（1）這些衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所需要的向心力由什么力提供？這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點(diǎn)？(2)衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)方程(r–

v–ω–T

的關(guān)系)rR2.3.衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)、受力特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)方程(1)近地衛(wèi)星：地球表面附近的衛(wèi)星r≈R

;線速度大小v≈7.9km/s(2)極地衛(wèi)星：軌道平面與赤道平面夾角為90°的人造衛(wèi)星，運(yùn)行時(shí)能到達(dá)南北極上空2.4.幾種不同類(lèi)型的繞地衛(wèi)星(3)月球：繞地公轉(zhuǎn)周期T=27.3天，與地球平均距離約38萬(wàn)千米，是地球半徑的60倍(4)同步衛(wèi)星：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。(2)特點(diǎn)：六個(gè)“一定”①轉(zhuǎn)動(dòng)方向一定：和地球自轉(zhuǎn)方向一致；②周期一定：和地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h；③角速度一定：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；2.5.地球同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”④軌道平面一定：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合；⑤高度一定：離地面高度固定不變(約3.6×104km)；⑥速率一定：線速度大小一定。2.5.地球同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。v＝7.9km/s是最小的發(fā)射速度補(bǔ)充：第一宇宙速度--“最小發(fā)射速度”v＝7.9km/s是最大環(huán)繞速度補(bǔ)充：第一宇宙速度---“最大環(huán)繞速度”“最大環(huán)繞速度”：在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，近地衛(wèi)星的軌道半徑最小，由

可得

，軌道半徑越小，線速度越大，所以在這些衛(wèi)星中，第一宇宙速度是所有環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。三、地球同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上的物體的比較赤道上的物體近地衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星向心力來(lái)源向心力方向重力、引力的關(guān)系線速度v1=v2=v3=角速度w1=w2=w3=向心加速度a1=a2=a3=課堂小結(jié)(1)被發(fā)射的物體質(zhì)量越大，第一宇宙速度越大。(

)(2)地球的第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關(guān)。(

)(3)由v＝

知，高軌道衛(wèi)星運(yùn)行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易。(

)×√×(大本p57)為使物體脫離星球的引力束縛，不再繞星球運(yùn)行，從星球表面發(fā)射時(shí)所需的最小速度稱(chēng)為第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關(guān)系為v2＝

。已知某星球的半徑為R，其表面的重力加速度大小為地球表面重力加速度g的

，不計(jì)其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為例1√(大本p57)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道A.與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B.與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C.與地球表面上的赤道是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止的D.與地球表面上的赤道是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)的例2√√

(2022·杭師大附中高一期中)如圖所示是一張人造地球衛(wèi)星軌道示意圖，其中圓軌道a、c、d的圓心均與地心重合，a與赤道平面重合，b與某一緯線圈共面，c與某一經(jīng)線圈共面。下列說(shuō)法正確的是A.a、b、c、d都有可能是衛(wèi)星的軌道B.軌道a上衛(wèi)星的線速度大于7.9km/sC.軌道c上衛(wèi)星的運(yùn)行周期可能與地球自轉(zhuǎn)周期相同D.僅根據(jù)軌道d上衛(wèi)星的軌道半徑、角速度和引力常量，不能求出地球

質(zhì)量例3√(多選)下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說(shuō)法正確的是A.各國(guó)發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的B.地球同步衛(wèi)星的角速度雖已確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，

速率增大，高度降低，速率減小，仍同步C.我國(guó)發(fā)射的某顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比地球同步

衛(wèi)星低D.地球靜止衛(wèi)星可以定點(diǎn)在上海的正上方例4√√(2022·湖北卷)2022年5月，我國(guó)成功完成了天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站的對(duì)接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，周期約90分鐘。下列說(shuō)法正確的是A.組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B.組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C.組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大D.組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小例5√

如圖所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，線速度大小分別為vA、vB、