人教版（2003）高中物理必修二第六章万有引力与航天—— 6.5宇宙航行课件

6.5宇宙航行 各种各样的卫星…… 地球2.轨道中心一定在地心1.________提供向心力万有引力人造卫星运行规律赤道轨道极地轨道其它轨道 思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？ABCD总结：由于地球自转，只有赤道上方的卫星速度方向与地球自转方向一致，才会与赤道面是共面同心圆，其他位置都会错位。 地球2.轨道中心一定在地心1.________提供向心力万有引力人造卫星运行规律 2.高轨低速，一定全定，一变全变都只由r决定 1234思考:观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?v1>v2=v3>v4T1<T2=T3<T4ω1>ω2=ω3>ω4 思考：1、赤道上空同一高度运行的两个卫星会相撞吗？2、人造卫星剥落一小块物体，这一小块物体如何运动？ 例1某人造卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变.每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动，某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2，r2＜r1，以V1、V2表示卫星在这两个轨道上的速度，T1、T2表示卫星在这两个轨道上绕地球运动的周期.则（   ）A.V1＞V2,T2＜T1B.V1＞V2,T2＞T1C.V1＜V2,T2＜T1D.V1＜V2,T2＞T1 地球2.轨道中心一定在地心1.________提供向心力万有引力人造地球卫星ABCD A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度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加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cD．a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大例3如图4所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗质量不同的卫星，下列说法正确的是（　　） 练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？ ABCDOV0以平抛运动为模型的推理过程地球牛顿人造卫星原理图牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。 R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，不会落下来？(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（若已知地球表面g=9.8m/s2）法二： 发射速度v﹤7.9km/s,物体会落回地面发射速度v=7.9km/s,物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动发射速度7.9km/s﹤v﹤11.2km/s,物体绕地球运转，但轨迹是椭圆 当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运行。第二宇宙速度——11.2km/s（脱离速度） 第三宇宙速度——16.7km/s（逃逸速度）如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。 思考:向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度发射速度指被发射物体离开地面时的速度V1=7.9km/s（第一宇宙速度）最小发射速度最大运行速度人造卫星的r大,需要的v发射大；而v运行却小——因为向高轨道发射卫星，火箭上升过程中地球对它的引力是阻力 总结：发射速度v运动情况v﹤7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s﹤v﹤11.2km/s11.2km/s≦v﹤16.7km/s16.7km/s≦v第二宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体飞出太阳系P 例1：关于宇宙速度，下列说法正确的是：（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度A 3、近地卫星近地卫星就是指在地球表面运行的卫星。⑴计算中把轨道半径计近似为地球半径r≈R=6400Km⑵向心加速度等于地球表面的重力加速度a=g＝9.8m/s2⑶线速度即为第一宇宙速度v=v1=7.9km/s⑷周期是最小的T≈85min 4.地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的卫星1、轨道 轨道一定：必须位于地球赤道上空F向=F引F向F引F引 4.地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的卫星rvwTa“全部固定”1、轨道一定：必须位于地球赤道上空2、周期一定：T=24h3、r,v,ω,a一定 由于卫星的周期与高度有关，所以要使其运动周期T=24h，同步卫星距地面的高度h只能是一个定值。h≈5.6R地 三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。 同步卫星的个数同步卫星只能位于赤道上空一特定高度，这一位置也被科学家称为“黄金圈”，是各国在太空争夺的主要领域。而为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星，所以地球的同步通讯卫星只能有120颗可见，空间位置也是一种资源。 练习：同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，关于同步卫星的说法中正确的是（）A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的D 例2：关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重合D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的ACD ·思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。………..卫星变轨问题 vF引12 v2F引L 使卫星进入更高轨道做圆周运动v2v3 向高轨卫星的发射 卫星的回收 1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度QP2·31BD 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空二梦想成真中国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功 2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏 V0BAC1、人造卫星2、宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km/s，卫星刚好能在地表附近作圆周动（1、近地卫星的环绕速度；2、卫星的最小发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）第二宇宙速度：V2=11.2km/s,卫星挣脱地球引力束缚第三宇宙速度：V3=16.7km/s,卫星挣脱太阳引力束缚3、地球同步卫星小结