(共28张PPT)
高中物理人教版必修2
§7.4 宇宙航行
探月工程的实现过程中，我们解决了哪些问题？
1、如何让飞行器飞出地球？
2、如何让飞行器飞向月球？
3、如何让飞行器返回地球？
如何让飞行器飞向宇宙？
问题情景：牛顿的设想
思考1：什么力充当物体做匀速圆周运动所需的向心力呢？
任务1：
若地球的质量为M，物体的质量为m，它到地心的距离为r，万有引力常量为G，求物体绕地球做匀速圆周运动的速度v的表达式？
v
r
问题情景：牛顿的设想
已知地球质量M=5.98×1024kg，近地卫星在100-200km的高度飞行，远小于地球半径（R=6400km），可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r，万有引力常量Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2，求卫星绕地球做匀速圆周运动的速度大小。
r
R
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度：
物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。（r ≈ R）
思考2：如果知道地球表面的重力加速度g和地球的半径R，你能求出地球的第一宇宙速度吗？
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可认为向心力由重力提供的。
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度：
物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。（r ≈ R）
2.计算方法：
①万有引力提供圆周运动的向心力。
②重力等于万有引力，提供圆周运动的向心力。
思考3：如果在地球表面附近发射速度大于第一宇宙速度，物体将怎样运动？（v>7.9km/s）
一、宇宙速度
v
F万
一、宇宙速度
v
F万
2.第二宇宙速度：
大小v2=11.2km/s
当发射速度等于或大于11.2km/s时，飞行器就会克服地球的引力，永远离开地球。
3.第三宇宙速度：
大小v3=16.7km/s
当发射速度等于或大于16.7km/s时，飞行器就会挣脱太阳的引力，飞到太阳系外。
一、宇宙速度
总结：
v1=7.9km/s
0
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
最小_________
v<7.9km/s
物体________
7.9km/s≤v<11.2km/s
物体环绕地球沿______轨道运行
11.2km/s≤v<16.7km/s
物体在__________运行
v≥16.7km/s
物体_____________
落回地面
椭圆
太阳系
逃离太阳系
发射速度
v
二、人造地球卫星
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。
中国航天之父——钱学森
二、人造地球卫星
思考4：
赤道
北回归线
卫星
Fn
F万
二、人造地球卫星
卫星轨道平面均经过地球的______,卫星轨道是____轨道。
地心处于圆轨道的_____处。
球心
圆
圆心
赤道轨道，极地轨道，倾斜轨道
二、人造地球卫星
思考5：
卫星运行轨道能否与某一经度圈共面同心？
赤道
卫星
任务2：
已知：地球质量为M，卫星质量为m，卫星运行轨道半径为r
合作探究：1.人造地球卫星运行参量（an、v 、ω 、T）的表达式
2.各参量随轨道半径的变化情况
二、人造地球卫星——运行规律
任务2： 已知：地球质量为M，卫星质量为m，卫星运行轨道半径为r
合作探究：1.人造地球卫星运行参量（an、v 、ω 、T）的表达式
2.各参量随轨道半径的变化情况
二、人造地球卫星——运行规律
任务2： 已知：地球质量为M，卫星质量为m，卫星运行轨道半径为r
合作探究：1.人造地球卫星运行参量（an、v 、ω 、T）的表达式
2.各参量随轨道半径的变化情况
二、人造地球卫星——运行规律
1. 卫星运行参量(an、v 、ω 、T )由 r 决定, 与卫星质量m无关
2. 高轨低速大周期
3. 最大运行(环绕)速度为第一宇宙速度 v1=7.9km/s
二、人造地球卫星——特殊卫星
1.近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
特点：
（1）r ≈ R
最小运行半径
二、人造地球卫星——特殊卫星
1.近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
二、人造地球卫星——特殊卫星
1.近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
特点：
（2）运行速度：v1=7.9km/s
最大运行速度
（1）r ≈ R
最小运行半径
二、人造地球卫星——特殊卫星
1.近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
（2）运行速度：v1=7.9km/s
最大运行速度
（1）r ≈ R
最小运行半径
特点：
二、人造地球卫星——特殊卫星
1.近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
特点：
（2）运行速度：v1=7.9km/s
（3）周期：T≈85min
最大运行速度
最小运行周期
（1）r ≈ R
最小运行半径
能不能发射一颗周期为80min的卫星？
二、人造地球卫星——特殊卫星
2.地球同步卫星
位于地面上方36000km处，周期与地球自转相同
二、人造地球卫星——特殊卫星
2.地球同步卫星——静止卫星
特点：
（1）轨道一定：轨道与赤道共面
（4）角速度一定：与地球自转角速度相同
（2）绕行方向一定：与地球自转方向一致
（3）周期一定：T=24h
（5）高度一定：h ≈ 6R
三、载人航天与太空探索
课堂小结
一.宇宙速度(发射)
v1=7.9km/s
0
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
最小发射速度
最大环绕速度
脱离地球
脱离太阳系
v<7.9km/s
物体落回地面
7.9km/s物体环绕地球沿椭圆轨道运行
11.2km/s物体环绕太阳（或太阳系其他星体）运行
v>16.7km/s
物体逃离太阳系
二.人造地球卫星（运行）
2.特殊卫星
（2）地球同步卫星：定轨道、定周期、定高度
（1）近地卫星：r≈R
1.运行规律
（1）轨道规律：轨道平面均过地心
（2）运行规律：同一中心天体，越高越慢，r同四量同
【练习1】（多选）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是（ ）
A．第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度
B．第一宇宙速度v1=7.9 km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2
C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度
D．我国发射的“天问一号”火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度
【参考答案】AC
练一练
练一练
【练习2】卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北斗三号”导航系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍，则该地球静止轨道卫星（ ）
A．发射速度一定大于11.2 km/s
B．线速度一定小于7.9 km/s
C．轨道可能是椭圆
D．可以经过苏州正上空
【参考答案】B
