7.4宇宙航行課件高一下學(xué)期物理人教版

第七章

萬有引力與宇宙航行7.4宇宙航行牛頓關(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。問題: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?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.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。問題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.宇宙速度牛頓的猜想算一算:物體初速度達到多大時就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢?

已知:G=6.67×10-11N·m2/kg2R=6.37×106mM=5.89×1024kg這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。1、第一宇宙速度:(環(huán)繞速度)2、第二宇宙速度逃逸速度V2=11.2km/s人造行星的發(fā)射速度:11.2km/s＞v＞7.9km/sV1=7.9km/sV2=11.2km/sV3=16.7km/s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:此時的衛(wèi)星叫做近地衛(wèi)星。近地衛(wèi)星是指軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，計算時軌道半徑可近似取地球半徑。角速度大于地球自轉(zhuǎn)角速度。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。對于其他的星球以上三個宇宙速度是否變化呢?變化，不同星球的宇宙速度一般是不一樣的例如:地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一字宙速度是7.3km/s概念辨析發(fā)射速度和運行速度1、發(fā)射速度:是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度。①宇宙速度均指發(fā)射速度②第一宇宙速度為在地面發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，也是環(huán)繞地球運行的最大速度2、運行速度:是指衛(wèi)星進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度。人造衛(wèi)星的運動規(guī)律結(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。我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢?人造地球衛(wèi)星問題:衛(wèi)星的軌道圓心在哪兒?所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心上從衛(wèi)星的受力角度分析:衛(wèi)星的軌道有什么特點軌道特點:萬有引力提供向心力.所以軌道平面一定經(jīng)過地球中心對于圓軌道:地心位于其圓心對于圓軌道:地心位于一個焦點上。思考與討論:如圖所示，A、B、C、D四條軌道中不可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條?提示:衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心衛(wèi)星二:地球同步衛(wèi)星的特點1、只能分布在一個確定的赤道軌道上。2、周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同:T-24h。3、角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同。4離地面高度:h36000km。5、線速度:v=3.1km/s。特點:定軌道、定周期、定角速度、定高度、定線速度近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較如何發(fā)射同步衛(wèi)星?同步衛(wèi)星發(fā)射過程平面示意圖同步衛(wèi)星變軌時的各參量比較。速度關(guān)系:V2A>V1V3>V2BV1>V3V2A>V1>V3>V2B凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運動方程，即模型三、“雙星”

“雙星”是由兩顆繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)的星球組成。它們圍繞它們的連線上的某一固定點做同周期的勻速圓周運動，這種結(jié)構(gòu)稱為雙星。雙星運動的特點:1.兩顆恒星均圍繞共同的旋轉(zhuǎn)中心做勻速圓周運動。。2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，即兩顆恒星受到的向心力大小相等。3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時刻三點共線，即兩顆恒星角速度相同，周期相同。例：兩顆靠得很近的天體稱為雙星，它們以兩者連線上某點為圓心作勻速圓周運動，這樣就不至于由于萬有力而吸引在一起，設(shè)兩雙星質(zhì)量分別為m和M。兩星間距為L，在相互萬有引力的作用下，繞它們連線上某點0轉(zhuǎn)動，不考慮其它星體的影響，則OM間距為多少?它們運動的周期為多少?確定雙星的旋轉(zhuǎn)中心:學(xué)以致用-練習(xí)鞏固1.2002年3月25日，我國成功發(fā)射了“神舟”三號宇宙飛船，這標(biāo)志著我國的航天技術(shù)上了一個新臺階，若飛船在近地軌道上做的是勻速圓周運動，則運行速度的大小是（）

A.V>11.2km/sB.V=7.9km/sC.7.9km/s<V<11.2km/sD.V=11.2km/s2.下列說法中正確的是（）A.運行的軌道半徑越大，運行速度越小，發(fā)射速度越小B.運行的軌道半徑越大，運行速度越大，發(fā)射速度越大C.運行的軌道半徑越大，運行速度越小，發(fā)射速度越大D.運行的軌道半徑越大，運行速度越大，發(fā)射速度越小3.（多選）1、人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則（）A.速度越小，周期越小B.速度越小，加速度越小C.加速度越小,周期越大D.角速度越小,加速度越大4.由于通訊和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的:A.質(zhì)量可以不同B.軌道半徑可以不同C.軌道平面可以不同D.速率可以不同5.兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1:m2=1:2軌道半徑之比R1:R2=3:1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是（）A、周期之比T1:T2=3:1B、線速度之比V1:V2=3:1C、向心力之比F1:F2=1:9D、向心加速度之比a1:a2=1:96.1999年5月10日，我國成功地發(fā)射了“一箭雙星”，將“風(fēng)云1號”氣象衛(wèi)星和“實驗5號”科學(xué)實驗衛(wèi)星送入離地面870km的軌道，已知地球半徑為6400km，這兩顆衛(wèi)星的運動速度約為（）A、11.2km/sB、7.9km/sC、7.4km/sD、2.1km/s7.兩顆靠得很近的天體