宇宙航行PPT学习.pptx
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1、中中国国人人的的飞飞天天梦梦外国人的外国人的“飞天飞天”梦梦第1页/共27页飞天之梦的历史第2页/共27页问题问题:一、牛顿关于卫星的设想 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。1.1.月月球球也也要要受受到到地地球球引引力力的的作作用用,为为什什么么月月亮亮不会落到地面上来不会落到地面上来?问问题题情情境境 由由于于月月球球在在绕绕地地球球沿沿近近似似圆圆周周的的轨轨道道运运转转,此此时时月月球球受受到到的的地地球球引引力力(即即重重力力),),用用来来充充当当绕绕地地球球运运转转的的向向心心力力,故故月球不会落到地面上来月球不会落到地面上来.第3页/共27页一、牛顿
2、关于卫星的设想 物体做平抛运动时,水平速度越大,飞行的水平距离越远。2.2.若若抛抛出出物物体体的的水水平平初初速速度度足足够够大大,物物体体将将会会怎样怎样?试大胆猜想。试大胆猜想。由由于于地地球球是是一一个个圆圆球球,当当平平抛抛的的水水平平初初速速度度足足够够大大时时,物物体体飞飞行行的的距距离离也也很很大大,故故物物体体不不能能再再 落落回回地地面面,而而成成为为一颗绕地球运转的卫星一颗绕地球运转的卫星.ABCOV0D问题问题:问问题题情情境境第4页/共27页 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
3、转,成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。牛顿人造卫星原理牛顿人造卫星原理图图一、牛顿关于卫星的设想第5页/共27页 思考?思考?1.1.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?推导方法一:推导方法一:万有引力提供物体作圆周运动的向心力万有引力提供物体作圆周运动的向心力g=9.8m/s2,R=6400km,代入数据得:代入数据得:推导方法二:推导方法二:地表附近,地表附近,重力近似等于万有引力重力近似等于万有引力 人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面;如果发射速度等于第一宇宙速度,卫星刚好能贴着地球表面作匀速圆周
4、运动。所以,第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。二、宇宙速度第6页/共27页问题问题:若卫星的发射速度大于7.9km/s ,会怎样呢?第二宇宙速度第二宇宙速度:物体克服地球引力物体克服地球引力,永远脱离地球的速度永远脱离地球的速度.(脱(脱离速度)离速度)第三宇宙速度第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度飞出太阳系的速度.(逃逸速度逃逸速度)11.2 km/s V 7.9 km/sV=16.7 km/sV=11.2 km/sV=7.9km/s绕地球运动的轨迹就不再是圆,而是椭绕地球运动的轨迹就不再是圆,而是椭圆,发射速度越大,椭圆轨道越圆,发射速度越大,椭圆轨道
5、越“扁扁”。第第一一宇宇宙宙速速度度:物物体体在在地地表表附附近近绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的速速度度.(环绕速度)(环绕速度)二、宇宙速度第7页/共27页1 1、当发射速度为、当发射速度为7.9km/s,7.9km/s,物体恰好环绕地球表面做圆周运动;物体恰好环绕地球表面做圆周运动;2 2、当发射速度大于、当发射速度大于7.9km/s 7.9km/s 时:时:7.9km/s7.9km/sV11.2km/s,11.2km/s,但环绕速度但环绕速度7.9km/s7.9km/s 物体仍绕地球运行,但径迹是椭圆;物体仍绕地球运行,但径迹是椭圆;11.2km/s11.2km/sV16.
6、7km/s16.7km/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引,而成为自由天体。物体脱离太阳的吸引,而成为自由天体。二、宇宙速度第8页/共27页1 1、第一宇宙速度(环绕速度)、第一宇宙速度(环绕速度):就是物体在地面就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/sV=7.9km/s,若,若 7.9km/sv11.2km/s 7.9km/sv11.2km/s,它绕地球运动的轨迹是椭圆,它绕地球运动的轨迹是椭圆.(最大环绕速度最大环绕速度,最小发射速度最小发射速度)2 2、第二宇宙速度(脱离速度):、第二宇宙速度(脱离速度):当物体的速度当物体的速度大
7、于或等于大于或等于11.2km/s11.2km/s时,卫星克服地球的引力,永时,卫星克服地球的引力,永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3 3、第三宇宙速度(逃逸速度)、第三宇宙速度(逃逸速度):如果物体的速度如果物体的速度等于或大于等于或大于16.7km/s16.7km/s,物体就摆脱了太阳引力的束缚,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。我们把这个速度叫第飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。三宇宙速度。第9页/共27页 表征人造卫
8、星运行状态的物理量有三个表征人造卫星运行状态的物理量有三个:环绕速度环绕速度v,转动半径转动半径r(或或R+h,h为离地的高度为离地的高度)转动周期转动周期T.将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动,则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系:三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律第10页/共27页 结论: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。离地面越高的卫星,运行速度越小,周期越长,发射需要的初速度越大。所以,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。(补充):卫星发射速度和卫星运行速度的区别
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