2013高一物理多媒體課件：5 宇宙航行（人教版必修2）.ppt

1、5 宇宙航行,1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識。,2.知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度。,3.知道發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別。,嫦娥奔月,敦煌的飛天壁畫,思考：地面上的物體，怎樣才能離開地球？,牛頓的猜想,牛頓的手稿,想一想: 物體初速度達到多大時就可以發(fā)射成為一顆人造衛(wèi)星呢?,一、人造衛(wèi)星的發(fā)射原理,方法一：由于衛(wèi)星在地球附近環(huán)繞時，衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力可看作由重力提供，根據(jù)牛頓第二定律得,方法二：衛(wèi)星做勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得,由此可見：V=7.9km/s，這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的最小發(fā)射速度，稱為：第一宇宙速度,在地面附近

2、發(fā)射飛行器，如果它的速度大于7.9km/s會怎樣呢？,1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、勻速圓周運動）,2.第二宇宙速度：當物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的吸引，不再繞地球運行。我們把這個速度叫作第二宇宙速度。達到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力。,3.第三宇宙速度：如果物體的速度大于或等于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。這個速度叫第三宇宙速度。,二、宇宙速度,16.7km/s稱為第三宇宙速度。,“旅行者1號”探測器 1988年飛出太陽系,運行速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度。,發(fā)射速度：指被發(fā)射

3、物體離開地面時的水平初速度。,注意： （1）第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,最大的環(huán)繞速度。 （2）發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星困難，原因是發(fā)射高軌道衛(wèi)星時火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α?V發(fā)射,例1.發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球半徑的4倍,它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？,解:萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力，根據(jù)牛頓第二定律有,整理得,設(shè)第一宇宙速度為v1,衛(wèi)星的軌道速度為v2,練習1.A星球的第一宇宙速度為9km/s，已知B星球的質(zhì)量是A星球質(zhì)量的1/81，A星球半徑是B星球半徑的4倍，則在B星球上發(fā)射“近地衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為 km/s

4、。,解:,整理得,2,例2.關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中正確的是 （ ） A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B.它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運行速度 C.它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度 D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度,BC,三、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律,1.衛(wèi)星繞地球的運動和受力特點,衛(wèi)星繞地球做圓周運動，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力。F引 = F向,2.衛(wèi)星的動力學方程 (r-V-T的關(guān)系),地球,V T,r,R,r,M m,地球,思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星： （1）離地面越高，向心力越_ （2）離地面越高，線速度越_ （3）離地面越高，周期越_ （4）

5、離地面越高，角速度越_ （5）離地面越高，向心加速度越_,小,大,小,小,小,例3.人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運動，下列說法正確的是（ ） A.半徑越大，速率越大，周期越小 B.半徑越大，速率越小，周期越大 C.所有衛(wèi)星的角速度均相同，與半徑無關(guān) D.所有衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān),B,四、人造衛(wèi)星的超重和失重,1.發(fā)射和回收階段,發(fā)射,加速上升,超重,回收,減速下降,超重,2.沿圓軌道正常運行,只受重力,a = g,完全失重,與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失,天平,彈簧秤測重力,液體壓強計,思考：衛(wèi)星軌道的圓心在哪兒？ 分析：所有衛(wèi)星的圓心都在地心上。,思考：現(xiàn)在有幾種衛(wèi)星？,按用途分類:通信

6、衛(wèi)星;氣象衛(wèi)星,按軌道分類:基地衛(wèi)星;赤道衛(wèi)星;其他衛(wèi)星,各種各樣的衛(wèi)星,例4.下列軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運行的軌道的是 （ ）,衛(wèi)星是圍繞地球的中心繞地球做勻速圓周運動的,D,五、地球同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）,1.所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn)，同步地做勻速圓周運動，它的周期：T24h。,2.所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方的一個確定軌道上 ，即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合，衛(wèi)星離地面高度為定值。,3.地球同步衛(wèi)星的特點：“五個一定” （1）周期一定：T=24h （2）高度一定: 在赤道上空 （3）速率、角速度一定 （4）軌道平面一定：與地球赤道平面

7、共面,三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。,練習2.求同步衛(wèi)星離地面高度,地球同步衛(wèi)星能否位于廈門正上方某一確定高度h處？,例5.關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ） A.它的運行速度小于7.9km/s B.它的運行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且軌道平面與赤道平面重合 D.每一個地球同步衛(wèi)星離開地面的高度是一樣的,ACD,練習3.求近地衛(wèi)星的周期,我們能發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星嗎？,總結(jié)： 凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運動方程，即:,重力=萬有引力=向心力,1.兩顆恒星均圍繞共同的旋轉(zhuǎn)中心做勻速圓周運動。 2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，

8、即兩顆恒星受到的向心力大小相等。 3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時刻三點共線，即兩顆恒星角速度相同，周期相同。,雙星運動的特點：,六、“雙星”問題： “雙星” 由兩顆繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)的恒星組成。對于其中一顆來說，另一顆就是其“伴星”。,黑洞,七、夢想成真,阿波羅登月,神州五號,神州七號,嫦娥一號,太空站,美國“鳳凰”號火星探測器2007年8月4日發(fā)射升空，2008年5月25日在火星著陸。,“卡西尼”號土星探測器1997年10月15日發(fā)射升空，2004年1日飛抵土星。,“先驅(qū)者”10號太空探測器1972年3月2日發(fā)射升空，1986年6月飛出太陽系。,1.兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1m2=12,軌道半徑

9、之比R1R2=31，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是( ) A.周期之比T1T2=31 B.線速度之比v1v2=31 C.向心力之比F1F2=19 D.向心加速度之比a1a2=19,D,2.如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動 的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ） A.b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 C.c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上 的c D.a衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑 緩慢減小，其線速度將增大,D,3.根據(jù)觀察，在土星外層有一個環(huán)，為了判斷該環(huán)是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群，可測出環(huán)中各層的線速度V與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系。下列判斷正確的是 （ ） A.若V與R成正比，則環(huán)為連續(xù)物 B.若V2與R成正比，則環(huán)為小衛(wèi)星群 C.若V與R成反比，則環(huán)為連續(xù)物 D.若V2與R成反比，則環(huán)為小衛(wèi)星群,AD,A,B,4.如圖所示，有A、B兩個衛(wèi)星繞地球做圓周運動，旋轉(zhuǎn)方向相同，A衛(wèi)星的周期為T1，B衛(wèi)星的周期為T2，在某一時刻兩衛(wèi)星第一次相遇（即兩衛(wèi)星相距最近） 求：1.多長時間后兩衛(wèi)星第二次相遇？ 2.多長時間后兩衛(wèi)星第一次最遠？,一、人造衛(wèi)星的原理 二、