高中物理必修二宇宙航行PPT学习教案

1、会计学1高中物理必修二宇宙航行高中物理必修二宇宙航行问题问题: :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.月球也要受到地球引力的作用月球也要受到地球引力的作用, ,为什么月亮为什么月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 由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转, ,此时月球受此时月球受到的地球引力到的地球引力( (即重力即重力),),用来充当绕地球运转的向心力用来充当绕地球运转的向心力, ,故故月球不会落到地面上来月球不会落到地面上来. .第1页/共18页一、牛顿关于卫星的设想 物体做

2、平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。 2. 2.若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大, ,物体将会物体将会怎样怎样? ?试大胆猜想。试大胆猜想。 由于地球是一个圆球由于地球是一个圆球, ,当平抛的水平初速度足够大时当平抛的水平初速度足够大时, ,物体飞行的距离也很大物体飞行的距离也很大, , 故物体不能再故物体不能再 落回地面落回地面, ,而成为而成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2页/共18页 从高山上水平抛出物从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻

3、力，当越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。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3页/共18页 思考？思考？ 1. 1. 以多大的速度以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星动的卫星? 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RGMvRvmRGMm,22,22RvmmgRGMm,2GMgR g=9.

4、8m/s2，R=6400km，代入数据得：代入数据得：skmv/9 . 7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gRv 人们把人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。又叫环绕速度。 如果发射速度如小于第一宇宙速度如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将卫星将落到地面落到地面; 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运动。作匀速圆周运动。 所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。

5、二、宇宙速度第4页/共18页问题问题: : 若卫星的发射速度大于若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？，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. . （脱离速度）（脱离速度）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，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越绕地球运动的轨迹就不再是圆，

6、而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁扁”。 第一宇宙速度第一宇宙速度: :物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （环绕速度）（环绕速度）二、宇宙速度第5页/共18页二、宇宙速度第6页/共18页 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

7、宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速如果物体的速度等于或大于度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束，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。我们把这个速度缚，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。叫第三宇宙速度。1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）: :就是物体在地就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度面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

8、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）：如果物体的速如果物体的速度等于或大于度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力

9、的束，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。我们把这个速度缚，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。叫第三宇宙速度。第7页/共18页三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律nmarTmrmrvmrMmG)4(22222rvrGMv1,即331,rrGM即332,4rTGMrT即221,rarGMa即第8页/共18页（补充）：（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区卫星发射速度和卫星运行速度的区别别三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律第9页/共18页 发射速度发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发

10、射后再无能量补充，被发射物仅初速度，一旦发射后再无能量补充，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；、进入运动轨道； 运行速度运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射圆周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度。动的最大速度。 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18页三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律第11页/共18页min8 .841007. 5109 . 710640014. 32333s思考：思考：我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为 70min70min的卫星呢？的卫星呢？不能！不能！vRT2第12页/共18页 第13页/共18页第14页/共18页相对于地面静止且与地球自转同步的相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。对于同步卫星的对于同步卫星的发射及轨道定位发射及轨道定位有什么要求呢，有什么要求呢，怎样才能保持与怎样才能保