人教版(新教材)高中物理必修2:7.4-宇宙航行ppt课件.pptx
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1、4 宇宙航行 第七章第七章 万有引力与宇宙航行万有引力与宇宙航行【新课导入】【新课导入】如图所示,在 1687 年出版的自然哲学的数学原理中,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;抛出速度足够大时,物体就不会落回地面,成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗?1、曾经的飞天2、牛顿的设想在高山上,平抛一物体,物体会落地,如果增加平抛初速度,会出现什么现象?v增大增大在简化之后,在高中物理中有:1、物体只受到指向地心指向地心的引力作用;2、物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动匀速圆周运动;3、万有引力提供物体运动所需的向心力万有引力提供物体运动所需的向心力
2、。物体在地球附近绕地球运动时,太阳的作用可以忽略。一、宇宙速度一、宇宙速度设地球的质量为m地,物体的质量为m,速度为v,它到地心的距离为r。万有引力提供物体运动所需的向心力万有引力提供物体运动所需的向心力,所以由此解出已知地球质量为5.981024kg,近地卫星在100200km的高度飞行,远小于地球半径(6400km),可以近似用地球半用地球半径径R代替卫星到地心的距离代替卫星到地心的距离r。把数据代入上式后算出这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度。第一宇宙速度。物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时可近似认为向心力是由重力提供的,有思考与讨论:有人说,第一宇宙速度
3、也可用 (式中g为重力加速度,R为地球半径)算出,你认为正确吗?在地面附近发射飞行器,如果速度等于 7.9 km/s,这一飞行器只能围绕地球做圆周运动,还不能脱离地球引力的束缚,飞离地球实现星际航行。第一宇宙速度v1=7.9km/s理论研究指出,在地面附近发射飞行器,如果速度大于 7.9 km/s,又小于 11.2 km/s,它绕地球运行的轨迹就不是圆,而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时,它就会克服地球的引力,永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度第二宇宙速度v2=11.2km/s达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器,
4、如果要使其挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s,这个速度叫作第三宇宙速度.第三宇宙速度v3=16.7km/s总结:发射速度v运动情况v7.9km/s物体落回地面v=7.9km/s物体在地面附近做匀速圆周运动7.9km/sv11.2km/s物体绕地球运动,轨迹为椭圆11.2km/sv16.7km/s物体绕太阳运动16.7km/sv物体飞出太阳系二二 、人造地球卫星、人造地球卫星1、人造地球卫星的轨道人造卫星做匀速圆周运动:万有引力提供向心力轨道中心:地心2.卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系(1)线速度随轨道半径的关系:可见:卫星绕行轨道半径越
5、大,绕行速度越小。(2)角速度随轨道半径的关系:可见:卫星绕行的角速度随轨道半径增大而减小。(3)周期随轨道半径的关系:可见:卫星绕行的周期随轨道半径增大而增大。由、式可以看出卫星的线速度随高度增大而减小,角速度随高度增大而减小,周期随高度增大而增大。在周期、角速度、线速度和轨道半径四个物理量中,一个量发生变化时,另外三个量一定同时变化。F赤道平面北南东西F思考:卫星的轨道3.人造地球卫星的运行轨道 卫星绕地球做匀速圆周运动时,是地球的引力提供向心力,卫星受到地球的引力方向指向地心,而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心,所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道:赤
6、道轨道,卫星轨道在赤道平面,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,卫星轨道和赤道成一定角度。思考:众多人造地球卫星中,哪些卫星转动最快?R越小,v越大(1)近地卫星:指卫星轨道半径近似等于地球半径,即贴近地表=7.9km/s所有人造卫星的最小发射速度,与最大环绕速度4.人造地球卫星的分类(2)同步卫星:指相对于地面静止的人造卫星,它跟着地球转,同步地球做匀速圆周运动,其周期T=24h.A、所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道,即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。B、关于同步卫星的六个“一定”轨道平面一定周期与角速度一定运转方向一定轨道
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