第六章第5、6节宇宙航行、经典力学的局限性

1、5 5宇宙航行6 6经典力学的局限性第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章两两条条基基本本思思路路1、重力、重力等于等于万有引力万有引力2RMmGmg GgRM22、万有引力、万有引力提供提供向心力向心力22222()MmvGmammrmrrrT 向2v rMG32rMG2324rMGT一、牛顿的设想一、牛顿的设想 牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了。1、牛顿对人造卫星原理的描绘、牛顿对人造卫星原理的描绘:一、牛顿的设想一、

2、牛顿的设想 方法一：卫星做圆周运动，由万有引方法一：卫星做圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得力提供向心力，根据牛顿第二定律得22M mvGmrr112466.67 105.89 10m/s 7.9km/s6.37 10GMvr思考：这个思考：这个“足够大的速度足够大的速度”应该有多大呢？应该有多大呢？方法二：由于卫星在地球附近环绕时，方法二：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做圆周运动的向心力可看作由重力卫星做圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得提供，根据牛顿第二定律得 66.37 109.8m/s 7.9km/svgR2vm gmR思考：这个思考：这个“足够大的速

3、度足够大的速度”应该有多大呢？应该有多大呢？PV=7.9Km/s11.2V7.9V11.2Km/S探究探究: : 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？22MmvmgGmRRgRvRGMv或“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4、地球同步卫星、地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对于地面所谓地球同步卫星，是相对于地面静止静止的的和地球自转具有相同和地球自转具有相同周期周期的卫星，同步卫的卫星，

4、同步卫星必须位于星必须位于赤道平面内赤道平面内，且到地面的，且到地面的高度高度一定一定。r v T a “全部固定全部固定”T=1天=86400秒h=36000KmV=3.07Km/s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（喷气推进的多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）级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功第一颗人造地球卫星何时何地发射成功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成功第一艘载人飞船何时何地发射成功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

5、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 阿波罗阿波罗11号升空，号升空，19日进日进入月球轨道，入月球轨道，20日下午日下午4时时17分着陆，分着陆，10时时56分阿姆斯特分阿姆斯特朗踏上月面朗踏上月面 已知：地球质量已知：地球质量M，半径，半径R，卫星距地面高度，卫星距地面高度h，引，引力常量力常量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 、周期、周期T与高度与高度h的关系的关系.探究二：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关

6、系吗？123422323222()2nnvGMmvrrGMmrMmrGrrmrTTGMGMmaarr越大（高），v越小r越大， 越小r越大，T越大r越大，an越小思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是最小速度？r最小，是最大环绕速度。 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上轨道上 三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道：赤道轨道赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方始终处于赤道上方极地轨道极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空直，卫星通过两极上空一般轨

7、道一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。，卫星轨道和赤道成一定角度。 同步卫星：同步卫星：相对于地面静止，公转周期和地球自相对于地面静止，公转周期和地球自转周期相同的卫星。转周期相同的卫星。1 1特点特点：定周期：T=24h=86400s定点：相对于地面静止。定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空定高度：由222() ()()MmGmR hR hT222733223.6 10 ( )44GMTR gThRRm定速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此线速度、角速度大小均不变定加速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此向心加速度大小也不变地球同步卫星地球同步卫星 问题问题4 4：你

8、能否：你能否形象的描述它的轨道？形象的描述它的轨道？轨道与赤道重合轨道与赤道重合卫星位于赤道的正上卫星位于赤道的正上方的方的某一高度某一高度月球月球月月球球轨轨道道地球地球地月转移轨道地月转移轨道点火加速点火加速减速制动减速制动月球探测卫星发射 例例11 我国发射的探月卫星我国发射的探月卫星“嫦娥一号嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/801/80，月球的半，月球的半径约为地球半径的径约为地球半径的1/41/4，地球第一宇宙速度约为，地球第一宇宙速度约为7.9km/s7.9km/s，求，求“嫦

9、嫦娥一号娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？探月卫星绕月球运行的速率？ 例例22如图所示，如图所示，a a、b b、c c是地球大气层外圆形轨道上是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，运行的三颗人造地球卫星，a a、b b质量相同，且小于质量相同，且小于c c的质量，则（的质量，则（ ） A.b所需向心力最大所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于周期相等，且大于a周期周期 C.b、c向心加速度相等，且大于向心加速度相等，且大于a的向心加速度的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于的线速度大小相等，且小于a的线速度的线速度BDacb地球 例例33据某报报道，某国发射了一颗周期

10、据某报报道，某国发射了一颗周期为为8080分钟的人造地球卫星，请你用学过的分钟的人造地球卫星，请你用学过的知识判断这则新闻的真伪。知识判断这则新闻的真伪。 例例44人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（情况是（ ）A.A.速度减小，周期增大速度减小，周期增大B.B.速度减小，周期减小速度减小，周期减小C.C.速度增大，周期增大速度增大，周期增大 D.D.速度增大，周期减小速度增大，周期减小D1、宇宙速度宇宙速度： 第一宇宙速度第一宇宙速度：v7.9kms 是卫星发射的最小是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。速度，是卫星绕地球运行的最大速度。 第二宇宙速度第二宇宙速度：v11.2kms，是卫星挣脱地球，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度束缚的最小发射