高中物理 宇宙航行课件1 新人教版必修2

前置学习：

1.万有引力定律的表达式？

2.行星运动向心力的来源？3.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？

嫦 娥 奔 月

外国人的 “飞天”梦

问题一：抛出的石头会落地，为什么月亮没有落下来?月 亮没有落下来必须具备什么条件？

牛顿的思考与设想：

牛顿的设想过程

探究问题一：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？ (已知G=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径 R=6400km) 法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力

GMm R2

mv R

2

v

GM R

6.67 10 1 1 5.89 102 4 6.4 106

m/s

7.9km / s

(若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2,R=6400km) 法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力v gR 9.8 6.4 106 m / s

7.9km / s

一 宇宙速度1、第一宇宙速度(环绕速度) v1=7.9km/s.

说明： (1)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； (2)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； ( 3 )大于7.9km/s小于11.2km/s,卫星将沿椭圆轨 道绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点.

讨论:向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？

V

GM r大V小 r

——虽然“R大，V小”,但这里V

指绕行速度，而非发射速度。 ——因为向轨道发射卫星，火箭 要克服地球引力对它做的功。 轨道越高，要克服引力 做功也多，发射速度越大。

★发射速度与绕行速度结论:

11.2 km/s>V(发射) ≥7.9km/s km/s>V(运行)

第一宇宙速度是最小的发射速度,也是最大的环绕速度

2、第二宇宙速度(脱离速度)

v2=11.2 km/s

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. 如 果 人 造 天 体 的 速 度 大 于 1 1 . 2 km/s 而 小 于 16.7km/s,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.

3、第三宇宙速度(逃逸速度)

v3=16.7 km/s

这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地 球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了.

一 宇宙速度

探究问题二：(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？ c b a

提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心

各种各样的卫星……

按轨道特点常用分类：㈠ 近地卫星 轨道半径即地球半径㈡ 极地卫星 轨道面与赤道面垂直 ㈢ 地球同步卫星卫星(通讯卫星)赤道平面 ①轨道平面___________

24h ②周期T一定：相对于赤道上某点静止 T = _______ ③ h =_________ (如

何求？) 36000km④ R、v、ω、T、an _______________ “全部固定”