人教版高一物理必修二宇宙航行

1、五、宇宙航行五、宇宙航行一、人造卫星v1957年年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元我国在元我国在1970年年4月月20日发射了第一颗人造日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家家v卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气

2、象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、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”1 1牛顿对人造地球卫星牛顿对人造地球卫星原理的描绘原理的描绘在高山上物体作在高山上物体作平抛运动的初速度越平抛运动的初速度越大，落地点高山脚越大，落地点高山脚越远，当抛出速度足够远，当抛出速度足够大时，物体就不会落大时，物体就不会落到地面上，成为绕地到地面上，成为绕地球旋转的人造地球卫球旋转的人造地球卫星星2 2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球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕地地球给人造地球

3、卫星的万有引力提供了它绕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3 3人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力平衡状态，其加速度等于平衡状态，其加速度等于卫星所在处卫星所在处的重力加速的重力加速度度思考：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 1 1、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

4、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: :7.9km/sm/s109 . 78 . 91037. 636grvv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

5、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如果人造天体的速度大于如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，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=11.2 km/s3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）

6、、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如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了太空了v3=16.7 km/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

7、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。rGMv/运（3）人造卫

8、星的发射速度与运行速度之间的大小关系是： 运发射vvkm/s9 . 7km/s2 .11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，其为最大的绕行速度，亦为最小的发射速度亦为最小的发射速度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/s1124666.67105.89107.9/6.37109.86.4107.9/GMvkmsrvgRkmsv1、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

9、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：（ D D ）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，

10、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=24h v2.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