人教版高一物理必修2-6.5 宇宙航行 课件(共25张PPT)

(共25张PPT)
我们刚学习的测天体的质量、发现未知天体是万有引力定律的应用。
我国具有世界上最先进的航天技术
神州五号载人航天的成功离不开万有引力定律。
现在我们头顶上有很多的人造卫星，它们的发射离不开万有引力定律。
卫星如何上天？如何到达指定的高度或位置？上去后会掉下来吗……有很多的问题……
本节课我们利用万有引力定律和圆周运动的知识对人造卫星作一个初步的了解与研究。
五、宇宙航行
学习目标：
1、能简述人造地球卫星的最初构想
2、能说出三个宇宙速度的数值和含义
3、会推导第一宇宙速度
4、能说出同步卫星的特点
设天体A绕B天体做匀速圆周运动，则天体A的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些物理量决定？
一、天体运动的V、ω、T、
可见，天体运动的v、ω、a及T与中心天体的质量及轨道半径有关，
r越大线速度v、角速度ω及加速度a越小，周期T越长
请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？并总结卫星轨道的特点。
ACD可能
B不可能
环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中心天体的球心。
二、卫星的轨道平面
有三种轨道：
赤道轨道：
极地轨道：极地卫星的轨道平面相对于地球每天转一周
（实际上是地球每天转一周,就相对于地球每天转一周了）
其他轨道
【牢记】：
环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中心天体的球心。
关于发射卫星的问题，牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，他的构想是什么样的？
现在我们一起来替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动。
据物体做圆周运动的向心力由万有引力提供，可有
式中M是地球质量、r是物体圆周运动的轨道半径，因为是在地球表面，所以r近似等于地球半径R。
得
我们有没有其它方法让我们不需要知道地球质量也能快速求出速度
？
在忽略地球自转影响的情况下，近似认为万有引力等于向心力，就可以求解了，因为地球表面的重力加速度我们是知道的
g=9.8m/s2和半径为6400km代入可计算得速度为7.9km/s
为什么抛出速度小于7.9km/s时物体会落到地面上，而不会做匀速圆周运动呢？
如果抛出速度大于7.9km/s呢？
三、宇宙速度
第一宇宙速度：7.9km/s
第二宇宙速度（逃逸速度）：11.2km/s
(第二宇宙速度是第一宇宙速度的
倍)
第三宇宙速度：16.7km/s
【牢记】：
①抛出速度v满足v=7.9km/s时，物体将在地表围绕地球做匀速圆周运动。
②抛出速度v满足7.9km/s③抛出速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将脱离地球的引力，永远离开地球进而进入太阳引力范围，围绕太阳运动。
④抛出速度v满足16.7km/s≤v时，物体将脱离太阳引力，永远离开太阳系。
大家可记得在别的什么地方我们也接触到了7.9km/s这个速度啊？请同学们好好回忆一下。
F=mg-mv2/r
汽车对地的压力：
将地球看作是巨大的拱桥
车对地压力为0，连同车内物体都处于完全失重状态
绕地球匀速圆周运动的卫星内的物体均处于
完全失重状态！
【问题】：
在近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？
根据
知轨道半径越大，线速度越小，所以外层轨道卫星线速度比7.9km/s小。
既然外层轨道卫星速度比7.9km/s小，那如果要将卫星发射到外层轨道，是不是需要的发射速度会小点？
发射速度：
是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，之后被发射物仅依靠自己的初速度克服地球引力上升一定的高度，进入运行轨道。
运行速度（或环绕速度）：
是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度
卫星在地表的环绕速度是最大的，为7.9km/s，越外层的卫星环绕速度越小，所以第一宇宙速度又是最大的环绕速度。
那将卫星发射到外层轨道需要的发射速度是如何的呢？请大家思考并回答下面的问题。
①：如右图，三颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？
②：假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要想该卫星进入外层轨道，如何操作？
要想将卫星发射到外层轨道，发射速度必须大于7.9km/s！
【牢记】：
第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。
四、同步卫星
同步卫星又叫做通讯卫星。即用于通讯的卫星。
同步卫星的特点是与地球具有相同的角速度。
那请同学们考虑考虑，同步卫星有哪些特点？
①：同步卫星一定在赤道平面。
②：同步卫星离地面的高度是确定的。
③：运行速度是确定的
苏联
在1957年10月4号发射人类首颗人造地球卫星Sputnik-1，揭开了人类向太空进军的序幕，大大激发了世界各国研制和发射卫星的热情。
美国
于1958年1月31日成功地发射了第一颗“探险者”-1号人造卫星。
法国
于1965年11月26日成功地发射了第一颗“试验卫星”-1（A-l）号人造卫星。
日本
于1970年2月11日成功地发射了第一颗人造卫星“大隅”号。　　
中国
于1970年4月24日成功地发射了第一颗人造卫星“东方红”1号。
英国
于1971年10月28日成功地发射了第一颗人造卫星“普罗斯帕罗”号,
　　除上述国家外加拿大、意大利、澳大利亚、德国、荷兰、西班牙、印度和印度尼西亚等也在准备自行发射或已经委托别国发射了人造卫星。
【世界各国首颗卫星发射】
五、梦想成真
1、如图所示，m1＞m2=m3＞m4，试比较四颗卫星的线速度、角速度、周期和加速度的大小
巩固练习
2、假设地球质量不变，而地球半径增大到原来的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度为原来的多少倍？
3、在某一轨道上运行的卫星A在进行过程中突然天线断了，那么卫星及其断了的天线将如何运动？
【解析】：
仍按原轨道做匀速圆周运动。天线的速度及受力决定天线做匀速圆周运动。
【解析】：
任何星体的第一宇宙速度即为近地卫星的环绕速度。
4、同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（
）
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值
B.它可以在地面上任一点的正下方，但离地心的距离是一定的
C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离是一定的
D