物理必修2 65宇宙航行

1、6.5宇宙航行宇宙航行嫦嫦娥娥奔奔月月前置学习：前置学习：n1.1.万有引力定律的表达式？万有引力定律的表达式？n2.2.行星运动向心力的来源？行星运动向心力的来源？ 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, ,物体物体将会怎样将会怎样? ?n3.3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨迹将如何变化？增大，轨迹将如何变化？牛顿的思考与设想：牛顿的思考与设想： 在在16871687年出版年出版自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中，牛顿设想中，牛顿设想: :抛出速度抛出速度很大时，物体就不会落很大时，物体就不会落回地面。回地面。 牛顿

2、的设想过程牛顿的设想过程解法解法：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 以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动不落下？表面运动不落下？(已知已知=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) 探究问题一：思考：思考： 若地球质量未知，而知道地球表面的若地球质量未知，而知道地球表面的 重力加速度重力加速度 g=9.8m/sg=9.8m/s2 2, ,地球半地球半R=6400km,R=6400km,能否求出第一宇宙速度？能否求出第一宇宙速度？解：解：

3、在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力心力一宇宙速度 1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度） v v1 1=7.9km/s=7.9km/s n说明：说明：（）如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，（）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；卫星将落到地面而不能绕地球运转；（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面）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；附近作匀速圆周运动； ( 3 ）大于）大于7.9km/s小于小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦

4、点道绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点 虽然虽然“R大，大，V小小”，但这里，但这里V指指绕行速度，而非发射速度。绕行速度，而非发射速度。因为向轨道发射卫星，火箭要克服因为向轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它做减速运动。轨道越高，要克地球引力对它做减速运动。轨道越高，要克服引力减速越多，发射速度越大。服引力减速越多，发射速度越大。小大VrrGMV 讨论讨论: :向高轨道发射卫星容易向高轨道发射卫星容易 还是向低轨道发射卫星容易？还是向低轨道发射卫星容易？ V(发射) 7.9km/s V(运行) 第一宇宙速度第一宇宙速度 7.9 km/s最小发射速度最小发射速度最大环绕速度最大环绕速度结论:

5、 发射速度与绕行速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度n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n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、第三宇宙速度 n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n如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地如果人造天体具有这

6、样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/sv=7.9km/s 11.2km/sv7.9km/sv=11.2km/sv=16.7km/s第一宇宙速度第一宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度探究探究已知：地球质量已知：地球质量M M，半径，半径R R，卫星距地面高度，卫星距地面高度h h，引，引力常量力常量G .G .请你利用已学的知识，请你利用已学的知识， 探究卫星绕地球的运探究卫星绕地球的运行速度行速度v v 、周期、周期T T与高度与高度h h的关系的关系. . 二、人造地球卫星二、人造地球卫星探究问

7、题二：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心FF2F1赤道平面赤道平面北北南南东东西西F2、轨道平面过球心、轨道平面过球心地球同步卫星地球同步卫星1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：做匀速圆周运动，它的周期：T24h2、所有的同步卫星只能、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一分布在赤道上方的一个确定轨道上个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面

8、重合，卫星离地面高度为定值。赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。对同步卫星：对同步卫星：其其r、 v、T 、g 均为均为 定值定值“高轨低速长周期高轨低速长周期”极地轨道极地轨道一般轨道一般轨道赤道轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上心的圆（或椭圆）轨道上平面平面立体立体赤道平面赤道平面课堂练习：已知地球的半径是课堂练习：已知地球的半径是R=6400kmR=6400km，地球自转的周期，地球自转的周期T=24hT=24h，地球的质量地球的质量M=5.89M=5.8910102424kgkg，引力常量，引力常量=6.67=6.671010-11-11Nm

9、Nm2 2/kg/kg2 2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求：若要发射一颗地球同步卫星，试求： 地球同步卫星的离地面高度地球同步卫星的离地面高度h h结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。小结：同步轨道卫星通信n周期T=24 hn轨道高度h=？n定点在赤道正上方n运行方向与地球自转相同（自西向东）相对地面静止相对地面静止各种各样的卫星各种各样的卫星19611961年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。1969

10、1969年年7 7月月2020日，阿波日，阿波罗罗1111号号将人类送上了月球。将人类送上了月球。、梦想成真、梦想成真19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 我国的航天成就我国的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射一号月球探测器发射成功成功20032003年年1010月月1515日日神舟五神舟五号杨号杨利伟利伟20052005年年1010月月1212日日神舟六号神舟六号费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜20082008年年9 9月月2525日日神舟七号神舟七号翟志刚刘伯明翟志刚刘伯明景海鹏景海鹏1、第一宇宙速度（、第一宇宙速度（环绕速度环绕速度）：）：v =7.9千