7.4 宇宙航行 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共31张PPT)

(共31张PPT)
7.4
宇宙航行
一、人造卫星
1.牛顿的设想：
牛顿曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来。而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了。
2.卫星的轨道：
（1）.卫星的轨道可以是圆，也可以是椭圆。
（2）.卫星的轨道平面：赤道轨道，极地轨道，倾斜轨道。
地心一定在卫星轨道所在平面上。
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
思考:同步卫星的轨道属于哪一种？
天宫一号
卫星类型 近地卫星
离地高度 约370Km
周期 90分钟
风云一号 风云二号
卫星类型 极地卫星 同步卫星
离地高度 20000Km 36000Km
周期 12h 24h
3.对人造卫星分析：
（1）.一般情况下，卫星轨道近似是圆轨道。
（2）.任意一颗地球(M)卫星，设轨道半径为r，则：
线速度(v)表达式：
得：
角速度(ω)表达式:
得：
周期(T)表达式:
得：
结论：轨道半径越小，卫星围绕地球转动越快。
二、宇宙速度
问题：地球人造卫星的最大环绕速度是多少？
设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的卫星的质量为m，飞行器的速度为v，它到地心的距离为r由：
解得：
地球半径R=6400km，若是近地卫星，可认为在“地 面附近”飞行，则r≈R，可得v=7.9km/s。
1、第一宇宙速度（最大环绕速度）：v=7.9km/s，物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，也称为“最小发射速度”。
说明：
（1）发射速度：卫星在地面附近离开发射火箭的初速度。假若卫星发射后不再补充能量，那么要发射一颗人造地球卫星，其发射速度就不能小于第一宇宙速度；
（2）如果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（向心运动）；
（3）等于7.9km/s，卫星刚好在地球表面附近作匀速圆周运动。
V = 7.9km/s
V = 11.2 km/s
11.2 km/s >V > 7.9 km/s
V = 16.7 km/s
2、第二宇宙速度（脱离速度）　
当v=11.2km/s时，卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行人造卫星的最小发射速度。
如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它成为太阳的卫星。
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
v=16.7km/s是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
如果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太阳系外。
1、地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，和地球具有相同周期的卫星，T＝24h。
2、同步卫星的高度：所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道上 。
h
设同步卫星轨道高度是h
三、地球同步卫星
(1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球自转方向一致；
(2)周期一定：同步卫星的运转周期与地球自转周期相同；
(3)轨道平面一定：同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，
即所有的同步卫星都在赤道的正上方；
(4)高度一定：距离地面的高度一定（约距地面36000km）
(5)速率一定：约为3.1km/s。
3、同步卫星的五个“一定”
4、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
同步卫星也叫做通信卫星
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。
四、卫星变轨
v
F引
F引=Fn
F引Fn
F引Fn
卫星在某一点，由于加速或者减速，离开圆轨道，做离心运动或近心运动，都属于卫星变轨。
v
F引
F引=Fn
F引Fn
F引Fn
1.制动变轨：卫星做近心运动，轨道半径减小，卫星减速。
2.加速变轨：卫星做离心运动，轨道半径增大，卫星速度瞬时增大离心过程中速度不断变小。
五、同步卫星发射与回收
1.
V2P
2.
V2Q
2.
L
3.
3.同步轨道
1.圆轨道
2.轨道
Q
P
1.卫星发射：
1.比较卫星在1轨道通过P点时的a1向和2轨道通过P点时的a2向的大小关系？
无论卫星在1轨道P点，还是2轨道P点，万有引力是相等的，并且全部提供做向心力，故a1向=a2向
2.比较卫星在
1轨道通过P点的速度为v1
2轨道通过P点的速度为v2P，2轨道通过P点的速度为v2Q
3轨道速度v3
的大小关系？
卫星回收过程是卫星发射的逆过程：
A
B
卫星经过2，3轨道交点A时减速，做近心运动进入椭圆轨道；
经过1，2轨道交点B时再次减速，做近心运动进入圆轨道1；
在预定C位置再次减速，做近心运动落到地面。
C
2.卫星回收：
卫星的回收
3.飞船对接：
飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，向后喷气加速，做离心运动，运行到一个椭圆轨道。
1957年10月，前苏联发射第一颗人造地球卫星
卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈
六、梦想成真
几年之后，1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。
火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。
航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。
1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。
2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。
飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．试估算神州五号绕地球飞行时距地面的高度。
1992年，中国载人航天工程正式启动．
2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．
三颗相同的质量都是M的星球位于边长为L的等边三角形的三个顶点上。如果它们中的每一颗都在相互的引力作用下沿外接于等边三角形的圆轨道运行而保持等边三角形不变，下列说法正确的是( )
A．其中一个星球受到另外两个星球的万有引力的合力大小为
B．其中一个星球受到另外两个星球的万有引力的合力指向圆心O
C．它们运行的轨道半径为
L
D．它们运行的速度大小为
B
已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设这三颗星的质量均为M，并设两种系统的运动周期相同，则(　　)
A.直线三星系统中甲星和丙星的线速度相同;
B.直线三星系统的运动周期
C.三角形三星系统中星体间的距离
D.三角形三星系统的线速度大小为
BC