3.4宇宙速度与航天课件 （21张PPT）

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第三章 第四节 宇宙速度与航天
问题1.为什么抛出小球最终都落地？
问题2.为什么抛出小球落地距离不同？
问题3.若抛出物体的水平初速度足够大,物体 将会怎样
问题5：以多大的速度在地面附近发射这个物体，物体刚好不落回地面，成为绕地球表面做匀速圆周运动的卫星 ？
问题4： 为什么牛顿关于卫星的设想很长时间都未能实现？
知识回顾：
汽车过拱桥
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造卫星。
地球
物体绕地球做匀速圆周运动时，地球的万有引力提供其做圆周运动的向心力。
探究：
已知：地球质量M，物体质量m，物体到地心的距离为r。
求：物体恰好在地球表面附近绕地球匀速圆周运动的速度v。
地球
第一宇宙速度
当卫星近地环绕时，可认为轨道半径r等于地球半径,将：
r=6400km, G=6.67X10-11N m2/kg2, M=5.98X1024kg, 代入得：
第一宇宙速度（环绕速度）
绕地做圆周运动时，由
得，轨道半径越大，速度越小。
定义：人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，叫做第一宇宙速度。
结合以下两方面，理解第一宇宙速度的意义：
牛顿设想，发射速度达到一定值时，才不落回地面；
最小的发射速度；
绕地做圆周运动时的最大环绕速度。
问题6:如果发射速度大于7.9km/s，会怎样？
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
第二宇宙速度：
当卫星的速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。这个速度叫第二宇宙速度。
第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。
V1=7.9km/s
地球
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
【问题探究3】卫星运行时，其向心加速度、线速度、角速度、周期，分别与其轨道半径的关系。
项目 推导式 关系式 结论
v与r的关系
ω与r的关系
T与r的关系
a与r的关系
【结论】高轨，低速，大周期，小加速度。
r越大 ω越小
r越大 T越大
r越大 a越小
r越大 v越小
1、 我国发射的一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面．已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为(　　)
A、0.4 km/s　　B、1.8 km/s　　 　　
C、11 km/s　　 D、36 km/s
√
√
地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。
r v w T a
“全部固定”
T=1天=86400秒
h=36000Km
V=3.07Km/s
F引>F向
F引v1、v2、v3、v4，四个速度的大小依次如何？
距离地球5500万光年
质量约为太阳的65亿倍