7.4 宇宙航行 课件(共23张PPT)
文档属性
| 名称 | 7.4 宇宙航行 课件(共23张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 43.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-08 23:13:33 | ||
图片预览
文档简介
(共23张PPT)
宇宙航行
资料显示，SpaceX 计划在 2019 年至 2024 年间在太空搭建由约 1.2 万颗卫星组成的“星链”网络提供互联网服务。IT之家了解到，目前已有 1919 颗 Starlink 卫星绕地球运行。
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想抛出速度很大时，物体就不会落回地面。
牛顿的设想
问题：抛出物体初速度满足什么条件时将不再落回地面而环绕地球做匀速圆周运动呢？
可得
当物体做匀速圆周运动时，地球对物体的万有引力恰好提供向心力，即满足：
问题：已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km，这个速度多大呢？
问题：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2 ，地球半径R=6400km,能否计算物体恰好绕地球做匀速圆周运动的速度呢？请尝试。
物体恰好绕地球做匀速圆周运动时，万有引力等于重力提供物体圆周运动的向心力
可得
结论：卫星发射成功的最小速度为
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度（v=7.9km/s）：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。
结论：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度。
,
高轨道卫星与低轨道卫星相比哪个运行速度大？为什么
结论：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。
以7.9Km/s速度绕地表运行
在该处点火加速,使速度V>7.9Km/s卫星进入椭圆轨道
由P到Q速度变小机械能守恒
在该处再次点火加速, 但以v<7.9Km/s进入预定轨道.
P
Q
卫星的发射过程
人造地球卫星的运行轨道
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上运行。
【互动探究】若卫星做圆周运动，有没有不以地心为圆心的卫星轨道呢？
没有，卫星靠万有引力提供向心力，而万有引力指向地心，故轨道圆心一定与地心重合。
P
V=7.9km/s
7.9km/sV≥11.2km/S
探究: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？
离开地球再也不回来
2.第二宇宙速度（大小：v=11.2km/s）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
3.第三宇宙速度（大小：v=16.7km/s）：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外。
如果物体所具的动能足以达到上述数值，便可以脱离地球引力的控制，即
而
拓展: 第二宇宙速度的推导
推导如下：
用M表示地球的质量，R表示地球的半径，m表示物体的质量，G表示引力常量，把一个物体从地球表面发射到无限远去，对它所需做的功W是
物体脱离地球引力进入行星轨道需要的速度，叫做第二宇宙速度,ν2=11.2km/s.
物体如果进一步挣脱太阳引力的束缚，则需要更多的能量，挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间去，必须具有的最小速度叫做第三宇宙速度，ν3=16.7km/s。
所以
拓展: 第三宇宙速度的推导
推导方法如下：
地球以约30km/s的速度绕太阳运动，地球上的物体也随着地球以这个速度绕太阳运动。正像物体挣脱地球引力所需的最小速度等于它绕地球运动的速度的 倍那样，物体脱离太阳引力的束缚所需的速度应等于它绕太阳运动的速度的 倍，即 。由于人造天体已有绕太阳运动的速度30km/s，所以只要使它沿地球运动轨道方向增加12.4km/s的速度就行。但要物体获得这个速度，首先必须使它挣脱地球引力的作用。因此，除了给予物体以 的动能外（其中m表示人造成天体的质量，v表示增加的速度12.4km/s），还需给予它 (v2表示第二宇宙速度)的动能，即 .用V3表示第三宇宙速度（以地球为参考系），则人造天体应具有的动能等于 时，才能满足上述条件，则
月球
月球轨道
地月转移轨道
点火加速
减速制动
地球
（3）第三宇宙速度：v =16.7千米/秒
（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
（1）第一宇宙速度：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最大环绕速度，地球卫星的最小发射速度，近地卫星环绕速度）
（2）第二宇宙速度：v =11.2千米/秒
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
或
宇宙速度小结
1.根据下列情形,写出金星第一宇宙速度的表达式:
(1)已知金星的质量M和它的半径R.
(2)已知金星表面自由落体的加速度g和它的半径R.
答案：(1)
(2)
【2】A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的最小发射速度约为多少？
解:由
由 得
3.探月宇航员在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，物体能上升的最大高度为h．已知月球的直径为d，
(1)要使物体不再落回月球表面，抛射速度至少为（ ）
(2)则绕月球做圆周运动的航天器的最小周期为（ ）
A． B． C． D．
D
A
4.美国宇航局2011年12月5日宣布，他们发现了太阳系外第一颗类似地球的、能适合居住的行星——“开普勒226”，其直径约为地球的2.4倍．至今其确切质量和表面成分仍不清楚，假设该行星的密度和地球相当，根据以上信息，估算该行星的第一宇宙速度等于( )
A．3.3×103 m/s B．7.9×103 m/s
C．1.2×104 m/s D．1.9×104 m/s
D
【5】
发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:由万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力得
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
它的轨道速度是第一宇宙速度的0.5倍
宇宙航行
资料显示，SpaceX 计划在 2019 年至 2024 年间在太空搭建由约 1.2 万颗卫星组成的“星链”网络提供互联网服务。IT之家了解到，目前已有 1919 颗 Starlink 卫星绕地球运行。
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想抛出速度很大时，物体就不会落回地面。
牛顿的设想
问题：抛出物体初速度满足什么条件时将不再落回地面而环绕地球做匀速圆周运动呢？
可得
当物体做匀速圆周运动时，地球对物体的万有引力恰好提供向心力，即满足：
问题：已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km，这个速度多大呢？
问题：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2 ，地球半径R=6400km,能否计算物体恰好绕地球做匀速圆周运动的速度呢？请尝试。
物体恰好绕地球做匀速圆周运动时，万有引力等于重力提供物体圆周运动的向心力
可得
结论：卫星发射成功的最小速度为
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度（v=7.9km/s）：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。
结论：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度。
,
高轨道卫星与低轨道卫星相比哪个运行速度大？为什么
结论：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。
以7.9Km/s速度绕地表运行
在该处点火加速,使速度V>7.9Km/s卫星进入椭圆轨道
由P到Q速度变小机械能守恒
在该处再次点火加速, 但以v<7.9Km/s进入预定轨道.
P
Q
卫星的发射过程
人造地球卫星的运行轨道
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上运行。
【互动探究】若卫星做圆周运动，有没有不以地心为圆心的卫星轨道呢？
没有，卫星靠万有引力提供向心力，而万有引力指向地心，故轨道圆心一定与地心重合。
P
V=7.9km/s
7.9km/s
探究: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？
离开地球再也不回来
2.第二宇宙速度（大小：v=11.2km/s）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
3.第三宇宙速度（大小：v=16.7km/s）：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外。
如果物体所具的动能足以达到上述数值，便可以脱离地球引力的控制，即
而
拓展: 第二宇宙速度的推导
推导如下：
用M表示地球的质量，R表示地球的半径，m表示物体的质量，G表示引力常量，把一个物体从地球表面发射到无限远去，对它所需做的功W是
物体脱离地球引力进入行星轨道需要的速度，叫做第二宇宙速度,ν2=11.2km/s.
物体如果进一步挣脱太阳引力的束缚，则需要更多的能量，挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间去，必须具有的最小速度叫做第三宇宙速度，ν3=16.7km/s。
所以
拓展: 第三宇宙速度的推导
推导方法如下：
地球以约30km/s的速度绕太阳运动，地球上的物体也随着地球以这个速度绕太阳运动。正像物体挣脱地球引力所需的最小速度等于它绕地球运动的速度的 倍那样，物体脱离太阳引力的束缚所需的速度应等于它绕太阳运动的速度的 倍，即 。由于人造天体已有绕太阳运动的速度30km/s，所以只要使它沿地球运动轨道方向增加12.4km/s的速度就行。但要物体获得这个速度，首先必须使它挣脱地球引力的作用。因此，除了给予物体以 的动能外（其中m表示人造成天体的质量，v表示增加的速度12.4km/s），还需给予它 (v2表示第二宇宙速度)的动能，即 .用V3表示第三宇宙速度（以地球为参考系），则人造天体应具有的动能等于 时，才能满足上述条件，则
月球
月球轨道
地月转移轨道
点火加速
减速制动
地球
（3）第三宇宙速度：v =16.7千米/秒
（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
（1）第一宇宙速度：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最大环绕速度，地球卫星的最小发射速度，近地卫星环绕速度）
（2）第二宇宙速度：v =11.2千米/秒
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
或
宇宙速度小结
1.根据下列情形,写出金星第一宇宙速度的表达式:
(1)已知金星的质量M和它的半径R.
(2)已知金星表面自由落体的加速度g和它的半径R.
答案：(1)
(2)
【2】A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的最小发射速度约为多少？
解:由
由 得
3.探月宇航员在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，物体能上升的最大高度为h．已知月球的直径为d，
(1)要使物体不再落回月球表面，抛射速度至少为（ ）
(2)则绕月球做圆周运动的航天器的最小周期为（ ）
A． B． C． D．
D
A
4.美国宇航局2011年12月5日宣布，他们发现了太阳系外第一颗类似地球的、能适合居住的行星——“开普勒226”，其直径约为地球的2.4倍．至今其确切质量和表面成分仍不清楚，假设该行星的密度和地球相当，根据以上信息，估算该行星的第一宇宙速度等于( )
A．3.3×103 m/s B．7.9×103 m/s
C．1.2×104 m/s D．1.9×104 m/s
D
【5】
发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:由万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力得
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
它的轨道速度是第一宇宙速度的0.5倍