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1、宇宙航行【问题】抛出的石头会落地，为什么【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必需具备什么条件？下来必需具备什么条件？【问题】抛出的石头会落地，为什么【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必需具备什么条件？下来必需具备什么条件？抛出的速度抛出的速度v越大时，落越大时，落地点越远，速度不断增大，将地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？会出现什么结果？牛顿的思索与设想：牛顿的思索与设想：牛牛顿顿人人造造卫卫星星原原理理图图地球地球【探究问题一探究问题一】以
2、多大的速度抛出这个物以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=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)法一：万有引力供应物体作圆周运动的向心力法一：万有引力供应物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=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)法一：万有
3、引力供应物体作圆周运动的向心力法一：万有引力供应物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=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)法一：万有引力供应物体作圆周运动的向心力法一：万有引力供应物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(若已知地球表面重力加速度若已知地球表
4、面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)(已知已知G=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)法二：重力供应物体作圆周运动的向心力法二：重力供应物体作圆周运动的向心力法二：重力供应物体作圆周运动的向心力法二：重力供应物体作圆周运动的向心力一、宇宙速度一、宇宙速度1.第一宇宙速度第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面旁边绕地球做匀速它是人造卫星在地面旁边绕地球做匀速 圆周运动所必需具备的速度圆周运动所必需具备的速度(1)假如卫星的速度小于第一宇宙速度，假如卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不
5、能绕地球运转；卫星将落到地面而不能绕地球运转；说说 明：明：(1)假如卫星的速度小于第一宇宙速度，假如卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表等于这个速度，卫星刚好能在地球表面旁边作匀速圆周运动；面旁边作匀速圆周运动；说说 明：明：(1)假如卫星的速度小于第一宇宙速度，假如卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表等于这个速度，卫星刚好能在地球表面旁边作匀速圆周运动；面旁边作匀速圆周运动；(3)假如大于假如大于7.9k
6、m/s，而小于，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点椭圆轨道的一个焦点 说说 明：明：v2=11.2 km/s2.其次宇宙速度其次宇宙速度这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度绕太阳运行的人造行星的最小放射速度v2=11.2 km/s2.其次宇宙速度其次宇宙速度这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为这是卫星摆脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度绕太阳运行的人造行星的最小放射速度假如人造天体的速度大于假如人造天体的速度大于11.2km/s而而
7、小于小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点个焦点3.第三宇宙速度第三宇宙速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度第三宇宙速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度第三宇宙速度这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度放射速度v3=16.7km/s3.第三宇宙速度第三宇宙速度这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小这是卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度放射速度假如人造天体具有这样的速度，就假如人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到可以摆脱地球和太阳引
8、力的束缚而飞到太阳系外了太阳系外了【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？abc【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作提示：卫星作圆周运动的向心力圆周运动的向心力必需指向地心必需指向地心abc【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作提示：卫星作圆周运动的向心力圆周运动的向心力必需指向地心必需指向地
9、心(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？可能和地球自转同步？abc已知地球的半径已知地球的半径是是6400km，地球自转，地球自转的周期的周期24h，地球质量，地球质量5.891024kg,引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,若要放射一颗地球同步卫星，试求：若要放射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的离地面高度地球同步卫星的离地面高度h.(2)地球同步卫星的环绕速度地球同步卫星的环绕速度v.练习：练习：结论：结论：地球同步卫星必需放射在赤道正上地球同步卫星必需放射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆方的固
10、定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。周运动。已知地球的半径已知地球的半径是是6400km，地球自转，地球自转的周期的周期24h，地球质量，地球质量5.891024kg,引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,若要放射一颗地球同步卫星，试求：若要放射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的离地面高度地球同步卫星的离地面高度h.(2)地球同步卫星的环绕速度地球同步卫星的环绕速度v.练习：练习：二、人造卫星的放射速度和运行速度二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念放射速度与运行速度是两个不同的概念 二、人造卫星的放射速度和运行速度二、人造卫星的
11、放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念放射速度与运行速度是两个不同的概念(1)放射速度：指被放射物在地面旁边离放射速度：指被放射物在地面旁边离开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道 二、人造卫星的放射速度和运行速度二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念放射速度与运行速度是两个不同的概念(1)放射速度：指被放射物在地面旁边离放射速度：指被放射物在地面旁边离
12、开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.二、人造卫星的放射速度和运行速度二、人造卫星的放射速度和运行速度 放射速度与运行速度是两个不同的概念放射速度与运行速度是两个不同的概念留
13、意留意:卫星的实际环绕速度确定小于放射速度卫星的实际环绕速度确定小于放射速度.(1)放射速度：指被放射物在地面旁边离放射速度：指被放射物在地面旁边离开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再开放射装置时的初速度，并且一旦放射后就再无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被放射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道服地球引力上升确定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第
14、一宇宙速度.(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？一个更简洁？为什么？学生思索学生思索(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？一个更简洁？为什么？(2)所须要的放射速度，哪一个更大？所须要的放射速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思索学生思索(3)放射速度和卫星绕地旋转的速度是放射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？放射速度大说明什么？卫不是同一速度？放射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？星运转速度大又说明什么？(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁
15、？为什么？一个更简洁？为什么？(2)所须要的放射速度，哪一个更大？所须要的放射速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思索学生思索第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?【探究问题三探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度:v=3.1km/sv1=7.9km/s【探究问题三探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度:v=3.1km/sv1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的放射速度第一宇宙速度是最小的放
16、射速度,也也是最大的环绕速度是最大的环绕速度结论结论:【探究问题三探究问题三】线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：思
17、索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小思索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度
18、越）离地面越高，向心加速度越_小小小小思索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小思索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离
19、地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小思索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小小小思索对于绕地球运动的人造卫星：思索对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_ 练习：练习：能否放射一颗周期为能否放射一颗周期为80min的人的人造地球卫星？造地球卫星？一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力供应心力由万有引力供应:二、三种宇宙速度：二、三种宇宙速度：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力供应心力由万有引力供应:v1=7.9km/s（会推导）（会推导）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s