《【物理课件】宇宙航行 2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【物理课件】宇宙航行 2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、7.4 宇宙航行宇宙航行宇宙航行1会会推导第一宇宙速度推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义，知道三个宇宙速度的含义3探究探究人造地球卫星的规律人造地球卫星的规律2区分区分发射速度发射速度与与环绕速度环绕速度课程目标课程目标 地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，最终都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来?由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球引力，用来充当绕地球运转的向心力，故月球不会落到地面上来。一、牛顿关于卫星的设想让物体做平抛运动初速度逐渐增大一、牛顿关于卫星的设想平抛运动演示平抛运动演示平抛运动演示平抛运动演示问问题题情情境
2、境地面上的物体，地面上的物体，地面上的物体，地面上的物体，怎样才能成为怎样才能成为怎样才能成为怎样才能成为人造卫星呢？人造卫星呢？人造卫星呢？人造卫星呢？通过观看动画回答下列问题：通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体水平初速度逐渐增大平抛物体水平初速度逐渐增大，物体的落地点怎，物体的落地点怎样变化？样变化？2、若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样物体将会怎样?试大胆猜想。试大胆猜想。越来越远越来越远物体不再落回地面物体不再落回地面思考？思考？思考？思考？它将绕地球运动成它将绕地球运动成为地球的一颗卫星为地球的一颗卫星 从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离
3、山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。一、牛顿关于卫星的设想v增大此时引力充当向心力，物体环绕地球做匀速圆周运动，永远不会落地。建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动（环绕法）基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。GMmr2=mv2rv=GMr以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?二、宇宙速度请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.01024kg，卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？思考与讨论 有人说，第一宇宙速度也可用 (
4、式中g为重力加速度,R为地球半径)算出,你认为正确吗？2.拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。mgFN当力FN=0时得：指向圆心的力背向圆心的力=向心力把数据代入：v=7.9km/s 这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所需的最小发射速度最小发射速度，称为第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)a、如果卫星的发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能在地球表面作匀速圆周运动b、如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落回到地面，无法绕地球运转如果卫星的发射速度大于第一宇宙速度呢？二、宇宙速度-第一宇宙速度如果速度继续增大,物体将会怎样?v增大 理论研究指出，在地面附近发
5、射飞行器，如果速度大于7.9km/s,又小于11.2km/s,它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。2、第二宇宙速度：（逃逸速度）3、第三宇宙速度：（脱离速度）v1=7.9km/s11.2km/sv7.9km/sv2=11.2km/sv3=16.7km/s 使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。使卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。v07.9km/s11.2km/s16.7km/s不能进入轨道绕地球绕太阳飞到太阳系外11.2km/sv7.9km/s11.2km/s16.7km/s7.9km/s第一宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第二宇宙速度第
6、二宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度例题精讲例1.某人在一星球上以速率 v 竖直上抛一物体，经时间 t 后,物体以速率 v 落回手中。已知该星球的半径为 R，求该星球上的第一宇宙速度。解析：星球表面的重力加速度：该星球表面的第一宇宙速度为思考1：7.9km/s，11.2km/s，16.7km/s是指卫星运动过程中什么时候的速度？宇宙速度均指卫星发射速度：被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，发射速度不能小于第一宇宙速度。三、发射速度与绕行速度绕行速度：绕行速度：卫星进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度（卫星最大的
7、绕行速度为7.9km/s）v发射发射 7.9km/s v绕行绕行 第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大绕行速度思考2：向高轨道发射卫星容易，还是向低轨道发射卫星容易？向轨道发射卫星，火箭要克服地球引力，轨道越高，要克服引力做的功也越多，所需的发射速度越大；因此，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星的难度大。三、发射速度与绕行速度探究：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系吗？1234四、人造地球卫星运动规律一般卫星绕地球作匀速圆周运动的卫星，其所需向心力由万有引力提供卫星的运行卫星的运行(圆周轨道圆周轨道)万有引力万有引力 =向
8、心力向心力重力近似重力近似 =万有引力万有引力基本方程基本方程辅助方程辅助方程高轨道卫星的运行速度小,容易发射?火箭要克服地球对它的引力做更多的功v1是最小近地发射速度，也是最大运行速度?(无能量补充)(轨道速度)v v1 1=7.9km/s=7.9km/s高高 轨轨 低低 速速 长长 周周 期期！地球思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越_.（2）离地面越高，线速度越_.（3）离地面越高，周期越_.（4）离地面越高，角速度越_.大小四、人造地球卫星运动规律小小 第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度.例题精讲 例2.探测器绕月球做匀速
9、圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比()A.轨道半径变小 B.向心加速度变小 C.线速度变小 D.角速度变小 A例题精讲例题精讲例题精讲abc5.如图所示，如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是颗人造卫星，下列说法正确的是A.b、c的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于a的线速度的线速度B.b、c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度的向心加速度C.c加速可追上同一轨道上的加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的减速可等到同一轨道上的cD.a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大大D例题精讲