萬有引力與航天第五節(jié)宇宙航行ppt課件

1、第七章第七章 萬有引力與航天萬有引力與航天第五節(jié)第五節(jié) 宇宙航行宇宙航行 拋出的石頭會(huì)落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必需具備什么條件？問題：牛頓人造衛(wèi)星原理圖牛頓的思索與想象：拋出的速度v越大時(shí)，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？ 牛頓的想象過程法一：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力法一：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 .7/62411104 .61089.51067.6探求問題一：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球外表運(yùn)探求問題一：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球外表運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？動(dòng)，不會(huì)落下來？(知

2、知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質(zhì)量地球質(zhì)量M=5.891024kg, 地球半徑地球半徑R=6400km) 假設(shè)知地球外表重力加速度假設(shè)知地球外表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km法二：重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力法二：重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96一宇宙速度 1 1、第一宇宙速度環(huán)繞速度、第一宇宙速度環(huán)繞速度v1=7.9km/sv1=7.9km/s它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必需具它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必需具備的速度備的速度 n闡明：闡明：n假設(shè)衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度

3、，衛(wèi)星將落假設(shè)衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；到地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；等于這個(gè)速度，衛(wèi)星剛好能在地球外表附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)； 3假設(shè)大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，地心就成為橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn) 、第二宇宙速度脫離速度 這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的人造行星的最小發(fā)射速度人造行星的最小發(fā)射速度 假設(shè)人造天體的速度大于假設(shè)人造天體的速度大于11.2km/s11.2km/s而小于而小于16.7km/s16.7km/s，那么它的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道相對(duì)于太陽將是橢圓，那么它的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道相對(duì)于

4、太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)太陽就成為該橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)v2=11.2 km/s3、第三宇宙速度逃逸速度 這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度 假設(shè)人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了v3=16.7 km/s探求問題二：探求問題二：1如下圖，如下圖，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？的是哪一條？abc提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必需指向地心必需指向地心2這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星能夠和地球自這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星能夠和地球自轉(zhuǎn)同步？轉(zhuǎn)同步？課堂練習(xí)： 知地球的半徑是

5、知地球的半徑是6400km6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期，地球自轉(zhuǎn)的周期24h24h，地球的質(zhì)，地球的質(zhì)量量5.895.891024kg1024kg，引力常量，引力常量=6.67=6.6710-11Nm2/kg2 10-11Nm2/kg2 ，假設(shè)，假設(shè)要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求： 1 1地球同步衛(wèi)星的離地面高度地球同步衛(wèi)星的離地面高度h h 2 2地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v v結(jié)論： 地球同步衛(wèi)星必需發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。 二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)轉(zhuǎn)速度 發(fā)射速度與運(yùn)轉(zhuǎn)速度是兩個(gè)不同的概念發(fā)射速度與運(yùn)

6、轉(zhuǎn)速度是兩個(gè)不同的概念 1 1發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近分開發(fā)射安裝發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近分開發(fā)射安裝時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依托本人的初動(dòng)能抑制地球引力上升一定的高射物僅依托本人的初動(dòng)能抑制地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道2 2環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)軌道后繞地球做環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度當(dāng)衛(wèi)星勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼著地面運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，貼著地面運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度等于第一宇宙速度運(yùn)轉(zhuǎn)速度等于第一宇宙速度 留意：衛(wèi)星的實(shí)踐環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度留意

7、：衛(wèi)星的實(shí)踐環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度3發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大闡明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又闡速度？發(fā)射速度大闡明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又闡明什么？明什么？學(xué)生思索：學(xué)生思索：1將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個(gè)更容易？將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個(gè)更容易？為什么？為什么？2所需求的發(fā)射速度，哪一個(gè)更大？為什么？所需求的發(fā)射速度，哪一個(gè)更大？為什么？第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？探求問題三：提示：提示：同步衛(wèi)星速度：同步衛(wèi)星速度：V=9.67102m/s v1=7.9km/s第一宇宙

8、速度是最小的發(fā)射速度第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度, ,也是最大的環(huán)繞速度也是最大的環(huán)繞速度結(jié)論:課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：rGMv3rGMGMrT322rGMa 思索：對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：思索：對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：1 1離地面越高，向心力越離地面越高，向心力越 2 2離地面越高，線速度越離地面越高，線速度越3 3離地面越高，周期越離地面越高，周期越4 4離地面越高，角速度越離地面越高，角速度越5 5離地面越高，向心加速度越離地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小能否發(fā)射一顆周期為能否發(fā)射一顆周期為80min80min