【课件】宇宙航行 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行牛顿的思想实验：

300多年前，牛顿曾提出过一个著名的思想实验：从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星地球

如果没有空气阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上,它将成为一颗绕地球运动的人造地球卫星.第一宇宙速度牛顿的设想

设：地球质量为m地，物体质量为m、到地心的距离为r、物体在地面附近绕地球运动速度为v.第一宇宙速度的推导

宇宙速度这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的环绕速度，叫做第一宇宙速度。对于近地卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R物体在地面附近绕地球做圆周运动，地球对物体的万有引力提供物体运动所需向心力。第一宇宙速度的推导宇宙速度其他星球的第一宇宙速度

(2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的环绕速度，叫做第一宇宙速度。人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度．第一宇宙速度：(7.9km/s)

轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．宇宙速度第三宇宙速度：16.7km/s物体挣脱太阳引力，飞出太阳系的速度第一宇宙速度：(7.9km/s)

V1=7.9km/s地球11.2km/s>v>7.9km/sV2=11.2km/sV3=16.7km/s发射速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将脱离地球的引力，围绕太阳运动。发射速度v满足16.7km/s≤v时，物体将脱离太阳引力，永远离开太阳系。

发射速度v：7.9km/s<v<11.2km/s时，物体围绕地球运动，轨道是椭圆。第二宇宙速度11.2km/s

物体克服地球引力，脱离地球的速度发射速度v满足v=7.9km/s时，物体绕地球做匀速圆周运动。2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏3、展望未来美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射，2008年5月25日在火星着陆。“卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。“先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系光子火箭《星球大战》超光速飞船“千年隼”号卫星变轨问题使卫星进入更高轨道做圆周运动v3v4·思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。卫星变轨原理卫星在二轨道相切点万有引力相同，加速度相同速度—内小外大（切点看轨迹）卫星在椭圆轨道运行近地点---速度大，加速度大远地点---速度小，加速度小第二宇宙速度定义：将卫星发射出去使其克服地球引力永远离开地球，即脱离地球的束缚所需的最小的发射速度。大小：第三宇宙速度定义：将卫星发射出去挣脱太阳的引力的束缚，飞到太阳系外所需的最小的发射速度。大小：①发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星绕地球运动；②发射速度大于11.2km/s小于16.7km/s，卫星绕太阳运动；③发射速度大于16.7km/s,飞到太阳系以外的空间；注意：三种人造地球卫星轨道赤道轨道卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道上方极地轨道卫星的轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空一般轨道卫星轨道与赤道成一定的角度共同点：卫星绕地球做圆周运动的圆心必与地心重合运行方向与地球自转方向一致。周期T=24h角速度与地球自转的角速度相同轨道平面与赤道平面重合，在赤道正上方离地表高度均为36000km

地球同步卫星（通讯卫星、通信卫星）hRMm注意：同步卫星质量可以不同,相对地球静止以下关于宇宙速度的说法中正确的是（）A．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度C．人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度D．地球上的物体无论具有多大的速度都不可能脱离太阳的束缚

不同轨道上运行的卫星，轨道半径

，线速度

、角速度

、周期

。越大越小越小越长卫星公转周期与地球自转周期

的称为地球同步卫星。相同第一宇宙速度V1=

。第三宇宙速度V3=

。第二宇宙速度V2=

。7.9km/s11.2km/s16.7km/s由于某种原因，人造地球卫星的轨道半径减小了，那么卫星的（） A．速率变大，周期变小 B．速率变小，周期变大C．速率变大，周期变大 D．速率变小，周期变小理论研究表明第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍。火星探测器悬停在距火星表面高度为h处时关闭发动机，做自由落体运动，经时间t落到火星表面。已知引力常量为G，火星的半径为R。若不考虑火星自转的影响，要使探测器脱离火星飞回地球，则探测器从火星表面的起飞速度至少为（）下列几组数据中能算出地球质量的是（万有引力常量G是已知的）（）A．地球绕太阳运行的周期T和地球中心离太阳中心的距离rB．月球绕地球运行的周期T和地球的半径rC．月球绕地球运动的角速度和月球中心离地球中心的距离rD．月球绕地球运动的周期T和轨道半径r“嫦娥二号”环月飞行的高度为100km，所探测到的有关月球的数据将比环月飞行高度为200km的“嫦娥一号”更加详实。若两颗卫星环月的运行均可视为匀速圆周运动，运行轨道如图9-1所示。则（）A.“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”大B.“嫦娥二号”环月运行的线速度比“嫦娥一号”小C.“嫦娥二号”环月运行的向心