人教版（2019）高中物理必修二 7.4 宇宙航行 课件（23张PPT）

7.4 宇宙航行
二、活化能
随堂小练
二、活化能
（三）燃料电池
二、活化能
随堂小练
二、活化能
地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行？
平抛运动：
若起始高度相同，初速度越大，飞行的水平距离越远。
以极大速度抛出物体，会出现什么现象？
物体会绕地球表面运动，而不会落下来。
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二、活化能
（三）燃料电池
二、活化能
随堂小练
二、活化能
地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行？
由于地球是一个圆球，当平抛的水平初速度足够大时，物体将不再落回地面，成为一颗围绕地球运动的卫星。
物体初速度达到多大时，可以成为一颗人造卫星？
牛顿设想：
把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。
二、活化能
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二、活化能
（三）燃料电池
二、活化能
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二、活化能
人造卫星
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—— 环绕地球做匀速圆周运动
万有引力提供向心力
r↑ v↓
r↑ w↓
r↑ T↑
r↑ a↓
对确定的中心天体，v、w、T 均只与r有关，一一对应
高轨低速大周期
二、活化能
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二、活化能
（三）燃料电池
二、活化能
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二、活化能
人造卫星
—— 环绕地球做匀速圆周运动
1
2
3
4
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
高轨低速大周期
二、活化能
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二、活化能
（三）燃料电池
二、活化能
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二、活化能
（三）燃料电池
宇宙速度——第一宇宙速度
当 r≈R（地表附近）时，轨道半径最小，绕行速度最大
第一宇宙速度 / 近地速度
地球发射卫星的最小发射速度
卫星环绕地球的最大环绕速度
→ 近地卫星
物体在地表附近围绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度，或环绕速度。
不同天体的第一宇宙速度不同，但求解思路一致。
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（三）燃料电池
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二、活化能
（三）燃料电池
宇宙速度——第一宇宙速度
如果把拱桥半径增大，增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？人和座位之间有没有压力?
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（三）燃料电池
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（三）燃料电池
宇宙速度——第二宇宙速度
第二宇宙速度/逃逸速度：
卫星脱离地球引力的速度
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（三）燃料电池
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（三）燃料电池
宇宙速度——不同发射速度的卫星运行情况
4
2
1
3
v
A
无法成为卫星，会落回地球表面
恰好环绕地球表面做匀速圆周运动
恰好环绕地球表面做圆周运动
“轨道的远地点在离地球无限远处”
挣脱地球引力的束缚，永远离开地球
沿椭圆轨道绕地球运行，地心是椭圆轨道的一个焦点
发射速度越大，椭圆轨道越扁，远地点离地球越远
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二、活化能
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宇宙速度——第三宇宙速度
第三宇宙速度：
卫星脱离太阳引力的速度
5
挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间
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（三）燃料电池
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（三）燃料电池
人造卫星——三类人造卫星轨道
赤道轨道
卫星轨道与赤道在同一平面，
卫星始终处于赤道上方。
极地轨道
卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。
一般轨道
卫星轨道与赤道成一定角度。
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（三）燃料电池
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（三）燃料电池
人造卫星——地球同步卫星
三颗同步卫星作为通讯卫星
互成120°角，
则可实现全球通信，
故也称通信卫星。
为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。因此，空间位置是一种极有限的资源。截止2012年，已发射100多颗。
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二、活化能
（三）燃料电池
人造卫星——地球同步卫星 / 静止卫星
所有同步卫星都处于同一轨道
① 轨道平面一定：赤道平面
③ 角速度、轨道半径、距地面高度、线速度一定
② 周期一定：
同步——与地面保持相对静止
周期均等于地球自转周期 T=24h
④ 绕行方向一定：与地球自转方向一致，自西向东
地球是人类的摇篮，
但人类不会永远生活在摇篮里，
他们一开始小心翼翼地穿过大气层，
然后便开始征服整个太阳系。
——齐奥尔科夫斯基
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（三）燃料电池
卫星变轨问题
（1）异轨同点：离心运动/向心运动
（2）同轨异点：开普勒第二定律
（3）异轨异点：高轨低速大周期
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双星问题
双星合并产生引力波
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双星问题
双星模型：宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动。
③ 两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，r1＋r2＝L
① 周期、角速度相同
② 向心力大小相等
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双星问题
双星运动的周期
双星的总质量
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（三）燃料电池
三星问题
．
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三星问题
三颗质量相等的行星，一颗行星位于中心位置不动，另外两颗行星围绕它做圆周运动。这三颗行星始终位于同一直线上，中心行星受力平衡。运转的行星由其余两颗行星的引力提供向心力
两行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。
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（三）燃料电池
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三星问题
三颗质量相等的行星位于正三角形的顶点处，都绕三角形的中心做圆周运动。每颗行星运行所需向心力都由其余两颗行星对其万有引力的合力来提供。
三颗行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。
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四星问题
四颗质量相等的行星位于正方形的四个顶点上，沿外接于正方形的圆轨道做匀速圆周运动。
四颗行星转动的方向相同，周期、角速度、线速度的大小相等。
7.4 宇宙航行