技术物理上册（第三版）4-3 天体的运动 人造地球卫星学习课件

4-3天体的运动人造地球卫星现象与思考万有引力定律航天技术地球同步通信卫星现象与思考

日月为什么每日穿梭而过？天上的星星为什么不掉下来？英国物理学家牛顿花费20年时间，终于发现了万有引力定律，揭开了天体运动的奥秘。那么利用万有引力定律，怎么去研究天体运动的规律呢？图4.3-1牛顿一、万有引力定律

1．定义两个质点间万有引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比；力的方向沿质点的连线。如图4.3-2

所示F21F12m1m2r图4.3-22．公式式中G称为引力常量,3．公式理解

（1）公式适用于计算两个质点间的万有引力。（2）对于两个质量均匀的球，它们之间的万有引力也可用公式计算，这时式中r表示两球心间的距离。

（3）通常两个物体间的万有引力很小，可忽略。（4）天体的质量很大，天体之间的引力及较近的天体对物体的引力，一般不能忽略。4．万有引力的重要性万有引力视频4.3-1

例题

已知地球半径r=6.371×106m，地球表面重力加速度g=9.81m/s2，求地球的质量m地。

解设物体的质量为m，地球表面物体的重力就是地球对该物体的万有引力，即

二.人造地球卫星

在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为人造地球卫星,图4.3-2。人造地球卫星绕地球做圆周运动时，地球对卫星的引力就是向心力。图4.3-2人造地球卫星第一宇宙速度

对于靠近地面的卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出其速度这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫做第一宇宙速度对第一宇宙速度的理解:1.上式对其它天体也适用，R为天体半径,M为天体质量,g为天体表面的重力加速度,G为引力常量.

2.v1为发射卫星的最小速度,又是卫星进入轨道后最大线速度.

如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆，如图4.3-3。图4.3-3椭圆轨迹

2、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度，图

4.3-3。图

4.3-3卫星就会脱离地球的引力

3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，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，图

4.3-4。我们把这个速度叫第三宇宙速度。图

4.3-4物体就摆脱了太阳引力的束缚不同的宇宙速度产生的效果，如图

4.3-4图

4.3-4不同的宇宙速度产生的效果三、航天科技

1．运载火箭能够把人造卫星、宇宙飞船、宇宙空间站或其他空间探测器送入轨道的单级或多级火箭，称为运载火箭。如图4.3-5。图4.3-5中国长征系列运载火箭运载火箭一般采用三级（图4.3-6）

，第一级火箭竖直加速，穿过大气层。第二级火箭继续加速，并逐渐偏向预定轨道。第三级火箭的作用，是使卫星准确地进入轨道飞行。各级火箭燃烧完后都会自动脱落，以减少总质量，便于进一步加速。图4.3-6多级火箭

2．航天器

是指在绕地球轨道或外层空间按受控制飞行路线运行的载人飞行器。每个航天器都承担着不同的科研或工程任务。航天器基本上是无动力的，依靠运载火箭，通常为第二级火箭提供的初速来运动。运载火箭在燃料耗尽后就自动分离，向地球下落；航天器或者进入绕地球轨道，或者在给以动量情况下，继续飞向太空目的地。航天器本身也可能装有小型液体火箭发动机供机动飞行之用。

1961年4月12日，27岁的前苏联空军上尉尤里·加加林乘坐“东方”1号飞船（图4.3-7），在离地面1.81×105m的轨道上，绕地球飞行108

min，这是人类航天史上的里程碑。图4.3-7太空第一人加加林

2003年10月15日，中国第一艘载人飞船“神舟”五号成功发射，在环绕地球运行了21圈后，航天员杨利伟随返回舱于16日凌晨按预定计划成功返回地面（图4.3-8）。图4.3-8“神舟”五号和杨利伟

2008年9月25日“神舟”七号飞船于北京时间发射升空，航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏随返回舱于9月28日凌晨成功降落(图4.3-9)

。这次航天飞行任务的顺利完成，标志我国已成为世界上第三个独立掌握空间出舱技术的国家。图4.3-9“神舟”七号和全体宇航员练习

1．选择苹果脱离枝头会向下落到地球上，而不是地球向上“落到”苹果上，产生这个现象的原因是（