广东省揭阳市高中物理第六章万有引力与航天6.5宇宙航行ppt课件

1、300多年前，牛顿提出想象多年前，牛顿提出想象地面上的物体，怎样才干分开地球地面上的物体，怎样才干分开地球解：万有引力提供物体作圆周运动的向心力解：万有引力提供物体作圆周运动的向心力问题一：至少要以多大的速度抛出这个物体，才问题一：至少要以多大的速度抛出这个物体，才干使它恰好绕地球外表运动，不会落下来？干使它恰好绕地球外表运动，不会落下来？(知知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 阐明阐明: :要使物体恰好绕地球外表运动而不落下来，要使物体恰好绕地球外表运动而不落下来，至少要以至少要以7.9km/s7.9km/

2、s的速度抛出这个物体。的速度抛出这个物体。22 :M mGMvGmvRRR由得代入数据的代入数据的v=7.9km/sv=7.9km/s一、宇宙速度一、宇宙速度 1 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度 v=7.9km/s v=7.9km/sn阐明：阐明：n第一宇宙速度是发射卫星的最小速度第一宇宙速度是发射卫星的最小速度.等于这个速度，卫星刚好能在地球等于这个速度，卫星刚好能在地球外表附近作匀速圆周运动。外表附近作匀速圆周运动。 3 假设卫星发射速度大于假设卫星发射速度大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运转，卫星将沿椭圆轨道绕地球运转 2 2、第二宇宙速度、第二

3、宇宙速度 v=11.2km/s v=11.2km/s“游览者游览者1号探测器号探测器1988年飞出太阳系年飞出太阳系 3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度 v=16.7km/s v=16.7km/s向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需求的发射速度大？大？哪个需求的发射速度大？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运转速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运转速度大？为什么？22MmvGmrrGMvr注：人造卫星的发射速度与运转速度是两个不同的概念 运转速度运转速度( (环绕速度环绕速度) ) 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动指卫星在稳定的轨道上

4、绕地球转动的线速度的线速度发射速度发射速度 指被发射物体分开地面时的速度指被发射物体分开地面时的速度V运行 v1=7.9km/s第一宇宙速第一宇宙速度度最小发射速度最小发射速度最大运转速度最大运转速度人造卫星的运转半径人造卫星的运转半径r大大, 需求的需求的v发射大；而发射大；而v运转却小运转却小V发射高轨道卫星需求的发射速度较大。高轨道卫星需求的发射速度较大。高轨道卫星的运转速度较小。高轨道卫星的运转速度较小。FV 设地球和卫星的质设地球和卫星的质量分别为量分别为M和和m，卫星，卫星到地心的间隔为到地心的间隔为r，求，求卫星运动的线速度卫星运动的线速度v、角速度角速度、周期、周期T ?二、人

5、造卫星的运动规律二、人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律223(2) :M mGMGmrrr由得22(1) :M mGMvGmvrrr由得2322(3) :4 2M mrGmrTrTGM由得地球同步卫星：地球同步卫星：其其r r、 v v、an an 均为定值均为定值224rGMaamrmMGnn 得得：）由由（T=24hT=24h， 练习练习1 1：求近地卫星的周期：求近地卫星的周期NoImage631124(6.3710 ) T23.146.67105.9810 s我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？3 5.06 1084.3mins 知知=6.67=6.6710-

6、11Nm2/kg2 , 10-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.89M=5.891024kg, 1024kg, 地球半径地球半径R=6.37R=6.37106m106m2322 2:4M mrGmrTrTGM解：由得代入数据如下图，如下图，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？的是哪一条？提示：卫星作圆周运动的提示：卫星作圆周运动的向心力必需指向地心，向心力必需指向地心，即轨道平面必经过地心。即轨道平面必经过地心。F1F2F3赤道平面赤道平面同步卫星定点于赤道上空！同步卫星定点于赤道上空！卫星轨道平面必经过地心卫星轨道平面必经过地心总结：总

7、结：运动轨迹是椭圆。运动轨迹是椭圆。物体挣脱地球引力物体挣脱地球引力物体飞出太阳系物体飞出太阳系一、宇宙速度一、宇宙速度v v第一宇宙速度：第一宇宙速度：v=7.9km/s物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动7.9km/s v 11.2km/s第三宇宙速度：第三宇宙速度：16.7km/s第二宇宙速度：第二宇宙速度：v=11.2km/sv=11.2km/s最小发射速度最小发射速度最大运转速度最大运转速度二、人造卫星的运动规律二、人造卫星的运动规律1 1、轨道：卫星轨道平面必经过地心、轨道：卫星轨道平面必经过地心同步卫星的轨道与赤道共面同步卫星的轨道与赤道共面2 2

8、、万有引力提供向心力、万有引力提供向心力22222()向MmvGmammrmrrrT 谁为人类迈向太空提供科学思想？谁为人类迈向太空提供科学思想？19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基喷气推进的世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基喷气推进的多级火箭多级火箭第一颗人造地球卫星何时何地发射胜利？第一颗人造地球卫星何时何地发射胜利？1957年年10月月4日苏联日苏联第一艘载人飞船何时何地发射胜利？第一艘载人飞船何时何地发射胜利？1961年年4月月12日日 苏联苏联 加加林加加林 东方一号载人飞船东方一号载人飞船人类何时登上月球？人类何时登上月球？1969年年7月月16日日9时时32分，美国分，美国 阿波罗

9、阿波罗11号升空号升空对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是宏大飞跃却是宏大飞跃中国航天事业中国航天事业 1992 1992年载人航天工程正式启动年载人航天工程正式启动 2003 2003年年1010月月1515日日9 9时，神州时，神州5 5号号宇宙飞船在酒泉卫星中心胜利发射，宇宙飞船在酒泉卫星中心胜利发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕将第一位航天员杨利伟送入太空绕行行1414圈，圈，1010月月1616日日6 6时时2323分降落在内分降落在内蒙古主着陆场蒙古主着陆场 中国成为世界上第三个独立开中国成为世界上第三个独立开展载人航天

10、活动的国家展载人航天活动的国家神舟六号发射升空神舟六号发射升空费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜神舟七号出舱神舟七号出舱神七英雄神七英雄1.(1.(多项选择多项选择) )关于同步卫星关于同步卫星( (它相对于地面静止它相对于地面静止不动不动) )，以下说法中正确的选项是，以下说法中正确的选项是( () )A.A.它一定在赤道上空它一定在赤道上空B.B.同步卫星的高度和速率是确定的值同步卫星的高度和速率是确定的值C.C.它运转的线速度一定小于第一宇宙速度它运转的线速度一定小于第一宇宙速度D.D.它运转的线速度一定介于第一宇宙速度和第它运转的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间二宇宙速度之间练习：练

11、习：2 2、双如下图，地球赤道上的山丘、双如下图，地球赤道上的山丘e e、近地、近地资源卫星资源卫星p p和同步通讯卫星和同步通讯卫星q q均在赤道平面上绕地心做均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设匀速圆周运动设e e、p p、q q的圆周运动速率分别为的圆周运动速率分别为v1v1、v2v2、v3v3，向心加速度分别为，向心加速度分别为a1a1、a2a2、a3a3，那么，那么 ( () )A Av1v2v3 Bv1v2v3 Bv1v3v2v1v3a2a3 Da1a2a3 Da1a3a2a1a3a2补充1 1、卫星从低轨道到高轨道需求：、卫星从低轨道到高轨道需求：点火加速2 2、但在高轨道时速度

12、较小、但在高轨道时速度较小一、卫星变轨道一、卫星变轨道2021年年12月月6日日17时时47分，嫦娥三号开场实施近月制动，分，嫦娥三号开场实施近月制动，进入进入100公里环月轨道公里环月轨道，12月月10日晚日晚21:20分，嫦娥分，嫦娥三号探测器将再次变轨，从三号探测器将再次变轨，从100公里的环月圆轨道公里的环月圆轨道，降低到近月点降低到近月点B点点15公里、远月点公里、远月点A点点100公里公里的椭圆轨道的椭圆轨道，为下一步月面软着陆做预备关于嫦娥，为下一步月面软着陆做预备关于嫦娥三号卫星以下说法正确的选项是三号卫星以下说法正确的选项是A卫星在轨道卫星在轨道上上A点的加速度小于在点的加速

13、度小于在B点的加速度点的加速度 B卫星沿轨道卫星沿轨道运动的过程中，卫星中的运动的过程中，卫星中的科考仪器处于失重形状科考仪器处于失重形状 C卫星从轨道卫星从轨道变轨到轨道变轨到轨道，在，在A点应加点应加速速 D卫星在轨道卫星在轨道经过经过A点时的速度小于在轨点时的速度小于在轨道道经过经过B点时的速度点时的速度 3、双发射地球同步卫星时、双发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地先将卫星发射至近地圆轨道圆轨道1,然后经点火然后经点火,使其沿椭圆轨道使其沿椭圆轨道2运转运转,最后再次最后再次点火点火,将卫星送入同步圆轨道将卫星送入同步圆轨道3,轨道轨道1、 2相切于相切于Q点点,轨轨道道2、3相切

14、于相切于P点点,如下图如下图.那么在卫星分别在那么在卫星分别在1、2、3轨道上正常运转时轨道上正常运转时,以下说法正确的选项是：以下说法正确的选项是： A、卫星在轨道、卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率. B、卫星在轨道、卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度.C、卫星在轨道、卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大于它在轨道点时的加速度大于它在轨道2 上经过上经过Q点时的加速度点时的加速度.D、卫星在轨道、卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度等于它在轨道点时的加速度等于它在轨道3 上经过上经过P点时的加速度点时的加速度.两

15、轨道相切点，加速度大小相等，两轨道相切点，加速度大小相等，线速度大小不相等线速度大小不相等二、双星系统：天文学家将相距较近、仅在彼此的引二、双星系统：天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运转的两颗恒星称为双星力作用下运转的两颗恒星称为双星. .双星系统在银河系双星系统在银河系中很普遍中很普遍. .利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量出它们的总质量. .知某双星系统中两颗恒星围绕它们连知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T T，两颗恒星之间的间隔为两颗恒星

16、之间的间隔为r r，试推算这个双星系统的总质，试推算这个双星系统的总质量量.(.(引力常量为引力常量为G)G)经过一段时间的演化后，两星的总经过一段时间的演化后，两星的总质量变为原来的质量变为原来的k k倍，两星之间的倍，两星之间的间隔变为原来的间隔变为原来的n n倍，那么周期变倍，那么周期变为原来的多少倍？为原来的多少倍？三、三星系统：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、三、三星系统：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统由质量相等的三颗星组成的三星系统, ,通常可忽略其通常可忽略其他星体对它们的引力作用他星体对它们的引力作用. .已观测到稳定的三星系统存在两种根本的构成方式已观测到稳定的三星系统存在两种根本的构成方式: :一种是三颗星位于同不断线上一种是三颗星位于同不断线上, ,两颗星围绕中央星在两颗星围绕中央星在同一半径为同一半径为R R的圆轨道上运转的圆轨道上运转; ;另一种方式是三颗星位另一种方式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上于等边三角形的三个顶点上, ,并沿外接于等边三角形并沿外接于等边三角形的圆形轨道运转的圆形轨道运转. .设每个星体的质量均为设每个星体的质量均为m m(1)(1)试求第一种方式下试求第一种方式下, ,星体运动的线速度和周期星体运动的线速度和周期. .(2)