65《宇宙航行》.ppt
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1、嫦娥奔月的神话传说敦煌壁画的飞天图腾万户飞天的勇敢尝试 好奇是点燃智慧的火种,仰望星空,浩好奇是点燃智慧的火种,仰望星空,浩瀚的太空充满神秘,探究宇宙的奥秘,奔向瀚的太空充满神秘,探究宇宙的奥秘,奔向遥远的太空,自古以来就是人类的梦想,那遥远的太空,自古以来就是人类的梦想,那么,怎么实现它呢?么,怎么实现它呢?0vABCD在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体,在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体,不计空气阻力,它们的落地点相同吗?不计空气阻力,它们的落地点相同吗?速度大的水平位移速度大的水平位移大,落地点较远大,落地点较远 如果被抛出物体的速度足够大,物体的运动情如果被抛出物体的速度足够大
2、,物体的运动情形又如何呢?形又如何呢?牛顿的猜想牛顿的猜想 物体初速度达到多大时就可以发射成为一物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢颗人造卫星呢? ? 牛顿曾设想,从高山上用不同的牛顿曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如果速度大,则落点一次比一次远,如果速度足够大,足够大, 物体就不再落到地面上来,物体就不再落到地面上来,它将绕地球运动,成为一颗人造地球它将绕地球运动,成为一颗人造地球卫星。卫星。建立模型建立模型:卫星绕地球做匀速圆周卫星绕地球做匀速圆周 运动运动基本思路基本思路:向心力由地球对卫星的向心
3、力由地球对卫星的 万有引力提供万有引力提供请同学们请同学们计算计算:已知地球半径:已知地球半径 R = 6400 km,地球质量,地球质量 M = 6.01024 kg,卫星在,卫星在地面附近环绕地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大?须具有的速度有多大?7.9 km/sGMvR=22MmvGmrr= =GMvr= = 如果不知道地球的质量,但知道地球表面的重力加如果不知道地球的质量,但知道地球表面的重力加速度速度 g,如何求宇宙第一速度,如何求宇宙第一速度 v ?由由和和222MmvGmgRGMRR 则则639.8 6.4 10m s7.9 10m s7.
4、9 km svgR 由此可见,由此可见,v = 7.9 km/s,这就是物体在地面附近绕,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,称为第一宇宙速度第一宇宙速度。 在地面附近发射飞行器,如果它的速度大于在地面附近发射飞行器,如果它的速度大于 7.9 km/s 会怎样呢?会怎样呢?1. 第一宇宙速度第一宇宙速度:v = 7.9 km/s (地面附地面附近、匀速圆周运动)近、匀速圆周运动)2. 第二宇宙速度:第二宇宙速度:当物体的速度大于或当物体的速度大于或等于等于11.2 km/s时,卫星就会脱离地球的时,卫星就会脱离地球的
5、吸引,不再绕地球运行。我们把这个速吸引,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。度的物体还受到太阳的引力。3. 第三宇宙速度:第三宇宙速度:如果物体的速度大于或等于如果物体的速度大于或等于16.7km/s,物体,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。个速度叫第三宇宙速度。 16.7 km/s 称为第三称为第三宇宙速度宇宙速度“旅行者旅行者1号号”探测器探测器1988 年飞出太阳系年飞出太阳系 例例1. 发射一颗绕地球做
6、匀速圆周运动的人造卫星,如发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的果它的轨道半径是地球半径的 4 倍,它的轨道速度是倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍?第一宇宙速度的多少倍?211212vrvr2112vv 解解: :万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力,根据牛万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律有顿第二定律有设第一宇宙速度为设第一宇宙速度为 v1,卫星的轨道速度为,卫星的轨道速度为 v2 22MmvGmRR GMvR= =1. A 星球的第一宇宙速度为星球的第一宇宙速度为 9 km/s,已知,已知 B 星球的质星球的质量是量是 A 星球质
7、量的星球质量的 1/81,A 星球半径是星球半径是 B 星球半径的星球半径的 4 倍,则在倍,则在 B 星球上发射星球上发射“近地卫星近地卫星”的环绕速度约的环绕速度约为为 km/s。29BB AAA BvM rvM r22 km/s9BAvv21卫星轨道卫星轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道卫星绕地球沿椭圆轨道运行时,地心位于椭圆的一个焦点卫星绕地球沿椭圆轨道运行时,地心位于椭圆的一个焦点上,其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律上,其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律卫星绕地球沿圆轨道运行时,由于地球对卫星的万有引力提
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