人教版高中物理必修二第六章万有引力与航天第五节宇宙航行 课件（35张ppt）

(共35张PPT)
第六章 万有引力与航天
5 宇宙航行
中国人的飞天梦
外国人的“飞天”梦
地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。
1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会
落到地面上来?
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力,用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.
一、人造卫星
1.牛顿关于卫星的设想
平抛运动演示
让物体做平抛运动初速度逐渐增大
从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。
2.人造卫星绕地球运行的动力学原因
人造卫星绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力的作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。
3.说明
人造卫星的运动可近似地看做匀速圆周运动，其向心力就是地球对它的吸引力。
由此得出卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径r的关系
结论：
卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。即同一轨道上的不同卫星具有相同的周
期、线速度及角速度 。
对于不同轨道，轨道半径越大，运行速度越小，角速度越小，周期越长。

人造地球卫星运行轨道
问题：卫星的轨道圆心在哪儿？
所有卫星的轨道圆心都在地心上
赤道卫星
极地卫星
其他卫星
赤道卫星
其他卫星
其他卫星
赤道卫星
从卫星的受力角度分析：卫星的轨道有什么特点
轨道特点：万有引力提供向心力.所以轨道平面一定经过地球中心
对于圆轨道：地心位于其圆心；
对于椭圆轨道：地心位于一个焦点上。
思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中不可以作为卫星轨道的是哪一条？
提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心
思考 以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?
方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
二、宇宙速度
向高轨道发射卫星时, 需要的初速度大，因为火箭克服地球对卫星的引力而做更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难。
思考讨论:将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？
由此可见：v=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度
地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？
1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近匀速圆周运动）
2.第二宇宙速度：V=11.2km/s.当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于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。
二、宇宙速度
1、当发射速度为7.9km/s,
物体恰好环绕地球表面做圆周运动；此时的卫星叫做近地卫星。

2、当发射速度大于7.9km/s 时：
① 7.9km/s 物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；
② 11.2km/s 物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行；
③ V>16.7km/s
物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。
思考:发射速度和运行速度（环绕速度）一样吗？
1、发射速度：是指物体在地面附近离开发射装置时的速度。
∴轨道越高，r 越大，V 越小
2、运行速度：是指物体进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。
宇宙速度均指发射速度。
发射速度越大，轨道越高。
第一宇宙速度是在地面发射物体的最小发射速度，也是环绕地球运行的最大环绕速度。
表征人造卫星运行状态的物理量有三个:
环绕速度v,
转动半径r(或R+h,h为离地的高度)
转动周期T
三、人造地球卫星运行的规律
1
2
3
4
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
人造地球卫星的运动规律
卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：
记忆口诀：“高轨低速长周期”
(1)由
得:
得：
(2)由
得：
(3)由
得：
(4)由
2.人造卫星运动规律
地球
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越_____.
（2）离地面越高，线速度越_____.
（3）离地面越高，周期越_____.
（4）离地面越高，角速度越____.
小
大
小
小
第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度.
例1.某人在一星球上以速率 v 竖直上抛一物体,经时间 t 后,物体以速率 v 落回手中。已知该星球的半径为 R ,求该星球上的第一宇宙速度。
该星球表面的第一宇宙速度为
第一宇宙速度为卫星在其表面附近做匀速圆周运动的线速度卫星的重力提供向心力,则：
3.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是( )
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
BC
例4. 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度
D . b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
BD
地球
四、人造地球卫星
a.近地卫星
近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径。
b.同步卫星
地球同步卫星，是相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，与地球自转同向。
1.人造卫星的分类
四、人造地球卫星
练习： 求同步卫星离地面高度
1、只能分布在一个确定的赤道轨道上。
2、周期与地球自转的周期相同:T＝24h。
3、角速度ω与地球的自转角速度相同。
4、离地面高度:h=36000km。




5、线速度: v =3.1km/s。
特点：定轨道、定周期、定角速度、定高度、定线速度
卫星二：地球同步卫星的特点
3、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
所以也叫通信卫星
阿波罗登月
神州五号
四、人造地球卫星
广阔的宇宙，有着许许多多这样炫目的场面！但这些都应该是可以被我们人类所认知的。一定会有那样的一天，人类真正的翱翔于茫茫宇宙之中！相信你们一定会为人类的航天事业作出应有的贡献。
例2.探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( )
A . 轨道半径变小
B . 向心加速度变小
C . 线速度变小
D . 角速度变小
解析：万有引力提供向心力,则：
可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B、C、D错误。
A