人教版高一物理必修二宇宙航行.ppt

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五、宇宙航行五、宇宙航行一、人造卫星v1957年年10月月，前前苏苏联联发发射射了了世世界界上上第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星，从从此此，开开创创了了人人类类航航天天时时代代的的新新纪纪元元我我国国在在1970年年4月月20日日发发射射了了第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星，现现在在已已成成为为世世界界上上第第五五个个依依靠靠自自己己力力量量研研制制成成火火箭箭发发射射卫卫星星、第第三三个个掌掌握握卫卫星星回回收收技技术术、第第四四个个用用一一枚枚火火箭箭发发射射多多颗颗卫卫星星的的国国家家v卫卫星星主主要要有有侦侦察察卫卫星星、通通信信卫卫星星、导导航航卫卫星星、气气象象卫卫星星、地地球球资资源源勘勘测测卫卫星星、科科学学研研究究卫卫星星、预警卫星和测地卫星等种类预警卫星和测地卫星等种类我国第一颗人造卫星“东方红一号”11牛牛顿顿对对人人造造地地球球卫卫星星原理的描绘原理的描绘在在高高山山上上物物体体作作平平抛抛运运动动的的初初速速度度越越大大，落落地地点点高高山山脚脚越越远远，当当抛抛出出速速度度足足够够大大时时，物物体体就就不不会会落落到到地地面面上上，成成为为绕绕地地球球旋旋转转的的人人造造地地球球卫卫星星22人造地球卫星绕地球运行的动力学原因人造地球卫星绕地球运行的动力学原因地地球球给给人人造造地地球球卫卫星星的的万万有有引引力力提提供供了了它它绕绕地地球作匀速圆周运动所需的向心力球作匀速圆周运动所需的向心力33人人造造地地球球卫卫星星在在轨轨道道上上运运行行时时不不可可能能处处于于受受力力平平衡衡状状态态，其其加加速速度度等等于于卫卫星星所所在在处处的的重重力力加加速速度度思考：

思考：

v当平抛物体的初速度足够大时就可以成为卫星,那么,大到什么程度就叫足够大了呢？

v人造卫星的运动速率跟它的轨道半径之间有什么关系呢？

二、宇宙速度11、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）:

v1=7.9km/s它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度所必须具备的速度由于卫星在地球附近运行时，卫星做圆周运动的向心由于卫星在地球附近运行时，卫星做圆周运动的向心力可看作由重力力可看作由重力mg提供，卫星运行半径近似看作地球半提供，卫星运行半径近似看作地球半径，根据牛顿第二定律得径，根据牛顿第二定律得:

v如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫如果卫星的发射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；星将落到地面而不能绕地球运转；v等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作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；匀速圆周运动；v如果大于如果大于7.9km/s，而小于而小于11.2km/s，卫星将卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点道的一个焦点、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脱离速度）（脱离速度）v这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运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行的人造行星的最小发射速度v如如果果人人造造天天体体的的速速度度大大于于11.2km/s而而小小于于16.7km/s，则则它它的的运运行行轨轨道道相相对对于于太太阳阳将将是是椭椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点v2=11.2km/s33、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）v这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度v如如果果人人造造天天体体具具有有这这样样的的速速度度并并沿沿着着地地球球绕绕太太阳阳的的公公转转方方向向发发射射时时，就就可可以以摆摆脱脱地地球球和和太太阳阳引引力力的的束束缚缚而而邀邀游游太空了太空了v3=16.7km/s三、人造卫星的发射速度和三、人造卫星的发射速度和运行速度运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念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，进入运动轨道要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度

（2）运行速度：

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根据，人造卫星距地面越高（即轨道半径r越大），运行速度越小实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速卫星的实际运行速度一定小于发射速度第一宇宙速度是卫星的最大运行度一定小于发射速度第一宇宙速度是卫星的最大运行速度。

速度。

（3）人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：

小结v2、三个宇宙速度、三个宇宙速度v第一宇宙速度：

当第一宇宙速度：

当r=R时时,v最大最大:

v1=7.9km/s;其为最大的绕行速度，亦其为最大的绕行速度，亦为最小的发射速度为最小的发射速度v第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度）:

v2=11.2km/sv第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度）:

v3=16.7km/sv1、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的、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的练习：

v1.1.某行星的卫星在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要某行星的卫星在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要测出的物理量是测出的物理量是vA.A.行星的半径行星的半径B.B.卫星的半径卫星的半径vC.C.行星运行的线速度行星运行的线速度D.D.卫星运行的周期卫星运行的周期v答：

（答：

（DD）v2.2.关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是确的是vA.A.如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可以算出地球质量再利用万有引力常量，就可以算出地球质量vB.B.两颗人造地球卫星，只要他们的绕行速率相等，两颗人造地球卫星，只要他们的绕行速率相等，不管他们的质量和形状差别有多大，它们的绕行半不管他们的质量和形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期一定是相同的径和绕行周期一定是相同的vC.C.原来在同一轨道上沿着同一方向绕行的人造卫星原来在同一轨道上沿着同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要后者速率增大一些即可只要后者速率增大一些即可vD.D.一艘绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢一艘绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出并离开飞船，飞船因质量减少，所受万有引力走出并离开飞船，飞船因质量减少，所受万有引力减小，故飞行速度减小减小，故飞行速度减小v答：

（答：

（）三.同步卫星v1.什么叫地球同步卫星？

v地球同步卫星又叫地球静止卫星，它的特点是相对地面静止不动，绕地球转动的周期与地球自转周期相同：

vT=24hv2.同步卫星的离地面高度、线速度v由于同步卫星的周期是确定的，所以它离地面的高度约为36000km、线速度约为3.1km/s,都是确定的。

v3.同步卫星的轨道：

同步卫星的轨道由于地球对同步卫星的引力提供同步卫星做匀速圆周运动的向心力，所以，同步卫星具有一般卫星的特点：

圆轨道的圆心在地心。

同步卫星的轨道平面与地轴垂直，与赤道共面。

同步卫星的周期与地球自转周期相等，所以，离地面的高度必定是一定的。

RhF引引根据牛顿第二定律和万有引力定律赤道平面