7.4宇宙航行課件高一下學期物理人教版(1)2

7.4宇宙

航行、、嫦娥奔月敦煌飛天壁畫萬戶飛天古老的飛天夢想如圖所示從高山上水平拋出一物體，據此思考以下問題：1)拋出速度較小時，物體做什么運動？2)拋出速度較大時，落地點位置有何變化？3)物體剛好不落回地面時，做什么運動？一、宇宙速度(1)建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動(2)基本思路：向心力由地球對衛(wèi)星的萬有引力提供

請計算：已知地球半徑R=6400km，地球質量M=6.0×1024kg，衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度有多大？一、宇宙速度

如果不知道地球的質量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度

v？由則一、宇宙速度公式也適用于其他天體有關第一宇宙速度的計算問題。(1)定義：物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的速度。(M為地球質量；R為地球球體半徑)(2)公式：(g為地球表面重力加速度；R為地球球體半徑)地球的第一宇宙速度大小為7.9km/s。1.1.第一宇宙速度

理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于11.2km/s

時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。我們把

11.2km/s叫作第二宇宙速度。1.2.第二宇宙速度

達到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度。1.3.第三宇宙速度東方紅1號衛(wèi)星

1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國航天史的新紀元。二.地球衛(wèi)星墨子號量子衛(wèi)星北斗導航衛(wèi)星2.1.我國的發(fā)射的衛(wèi)星2.2.不同軌道的地球衛(wèi)星

在地球的周圍，有許多的衛(wèi)星在不同軌道上繞地球轉動。請思考：（1）這些衛(wèi)星運動所需要的向心力由什么力提供？這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點？(2)衛(wèi)星的動力學方程(r–

v–ω–T

的關系)rR2.3.衛(wèi)星繞地球的運動、受力特點和動力學方程(1)近地衛(wèi)星：地球表面附近的衛(wèi)星r≈R

;線速度大小v≈7.9km/s(2)極地衛(wèi)星：軌道平面與赤道平面夾角為90°的人造衛(wèi)星，運行時能到達南北極上空2.4.幾種不同類型的繞地衛(wèi)星(3)月球：繞地公轉周期T=27.3天，與地球平均距離約38萬千米，是地球半徑的60倍(4)同步衛(wèi)星：相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。(2)特點：六個“一定”①轉動方向一定：和地球自轉方向一致；②周期一定：和地球自轉周期相同，即T＝24h；③角速度一定：等于地球自轉的角速度；2.5.地球同步衛(wèi)星的六個“一定”④軌道平面一定：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合；⑤高度一定：離地面高度固定不變(約3.6×104km)；⑥速率一定：線速度大小一定。2.5.地球同步衛(wèi)星的六個“一定”“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球對它的引力。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。v＝7.9km/s是最小的發(fā)射速度補充：第一宇宙速度--“最小發(fā)射速度”v＝7.9km/s是最大環(huán)繞速度補充：第一宇宙速度---“最大環(huán)繞速度”“最大環(huán)繞速度”：在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中，近地衛(wèi)星的軌道半徑最小，由

可得

，軌道半徑越小，線速度越大，所以在這些衛(wèi)星中，第一宇宙速度是所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。三、地球同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上的物體的比較赤道上的物體近地衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星向心力來源向心力方向重力、引力的關系線速度v1=v2=v3=角速度w1=w2=w3=向心加速度a1=a2=a3=課堂小結(1)被發(fā)射的物體質量越大，第一宇宙速度越大。(

)(2)地球的第一宇宙速度與地球的質量有關。(

)(3)由v＝

知，高軌道衛(wèi)星運行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易。(

)×√×(大本p57)為使物體脫離星球的引力束縛，不再繞星球運行，從星球表面發(fā)射時所需的最小速度稱為第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關系為v2＝

。已知某星球的半徑為R，其表面的重力加速度大小為地球表面重力加速度g的

，不計其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為例1√(大本p57)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道A.與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B.與地球表面上某一經線所決定的圓是共面同心圓C.與地球表面上的赤道是共面同心圓，且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D.與地球表面上的赤道是共面同心圓，但衛(wèi)星相對地球表面是運動的例2√√

(2022·杭師大附中高一期中)如圖所示是一張人造地球衛(wèi)星軌道示意圖，其中圓軌道a、c、d的圓心均與地心重合，a與赤道平面重合，b與某一緯線圈共面，c與某一經線圈共面。下列說法正確的是A.a、b、c、d都有可能是衛(wèi)星的軌道B.軌道a上衛(wèi)星的線速度大于7.9km/sC.軌道c上衛(wèi)星的運行周期可能與地球自轉周期相同D.僅根據軌道d上衛(wèi)星的軌道半徑、角速度和引力常量，不能求出地球

質量例3√(多選)下列關于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是A.各國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的B.地球同步衛(wèi)星的角速度雖已確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，

速率增大，高度降低，速率減小，仍同步C.我國發(fā)射的某顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比地球同步

衛(wèi)星低D.地球靜止衛(wèi)星可以定點在上海的正上方例4√√(2022·湖北卷)2022年5月，我國成功完成了天舟四號貨運飛船與空間站的對接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動，周期約90分鐘。下列說法正確的是A.組合體中的貨物處于超重狀態(tài)B.組合體的速度大小略大于第一宇宙速度C.組合體的角速度大小比地球同步衛(wèi)星的大D.組合體的加速度大小比地球同步衛(wèi)星的小例5√

如圖所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質量相同，線速度大小分別為vA、vB、