宇宙航行
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宇宙航行
【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？
牛顿人造卫星原理图
地球
牛顿的设想过程
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
一、宇宙速度
1. 第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速 圆周运动所必须具备的速度．
(1)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；
说 明：
(1)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；
(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
说 明：
<播放动画1>
(1)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；
(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
(3)如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．
说 明：
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度
<播放动画1>
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度（脱离速度）
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．
3. 第三宇宙速度
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
这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了．
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？
a
b
c
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中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
a
b
c
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中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
(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？
a
b
c
已知地球的半径 是6400km，地球自转 的周期24h，地球质量 5.89×1024kg, 引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求： (1)地球同步卫星的离地面高度h. (2)地球同步卫星的环绕速度v.
练习：
已知地球的半径 是6400km，地球自转 的周期24h，地球质量 5.89×1024kg, 引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求： (1)地球同步卫星的离地面高度h. (2)地球同步卫星的环绕速度v.
练习：
结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。
二、人造卫星的发射速度和运行速度
发射速度与运行速度是两个不同的概念．
(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道．
(2)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．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.
注意: 卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？
(3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
【探究问题三】
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
提示：
同步卫星速度: v=9.67×102m/s＜v1=7.9km/s
【探究问题三】
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
提示：
同步卫星速度: v=9.67×102m/s＜v1=7.9km/s
第一宇宙速度是最小的发射速度,也 是最大的环绕速度
结论:
【探究问题三】
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
「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__________
（5）离地面越高，向心加速度越______
练习：
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
二、三种宇宙速度：
一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力提供:
v1=7.9km/s．（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s
宇宙航行
【问题】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？
牛顿人造卫星原理图
地球
牛顿的设想过程
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
【探究问题一】以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
(若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)
(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2, 地球质量M= 5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
一、宇宙速度
1. 第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速 圆周运动所必须具备的速度．
(1)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；
说 明：
(1)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；
(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
说 明：
<播放动画1>
(1)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；
(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
(3)如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．
说 明：
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度
<播放动画1>
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度（脱离速度）
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
v2=11.2 km/s
2. 第二宇宙速度
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．
3. 第三宇宙速度
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度
这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了．
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？
a
b
c
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中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
a
b
c
【探究问题二】
(1)如图所示，a、b、c三轨道中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
(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？
a
b
c
已知地球的半径 是6400km，地球自转 的周期24h，地球质量 5.89×1024kg, 引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求： (1)地球同步卫星的离地面高度h. (2)地球同步卫星的环绕速度v.
练习：
已知地球的半径 是6400km，地球自转 的周期24h，地球质量 5.89×1024kg, 引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求： (1)地球同步卫星的离地面高度h. (2)地球同步卫星的环绕速度v.
练习：
结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。
二、人造卫星的发射速度和运行速度
发射速度与运行速度是两个不同的概念．
(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道．
(2)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．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.
注意: 卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？
(3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？
(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
【探究问题三】
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
提示：
同步卫星速度: v=9.67×102m/s＜v1=7.9km/s
【探究问题三】
第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
提示：
同步卫星速度: v=9.67×102m/s＜v1=7.9km/s
第一宇宙速度是最小的发射速度,也 是最大的环绕速度
结论:
【探究问题三】
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：
练习：
「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__________
（5）离地面越高，向心加速度越______
练习：
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
二、三种宇宙速度：
一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力提供:
v1=7.9km/s．（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s