高一课件集5.4 飞出地球去

19
月球上的第一个人类脚印
人类第一次登上月球
20
三、第三宇宙速度——飞出太阳系
使卫星能够逃离太阳的引力作用的卫星发射速度
如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱 了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。第 三宇宙速度: 16.7km/s
21
“先驱者”号携带的地球人“名片”
22
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置
时的速度。 ①宇宙速度均指发射速度。 ②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也 是环绕地球运行的最大速度。
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运
动的速度。
GM v r
r↗ v↘
近地卫星 其他卫星
v发 v运 v发 >v运
18
二、第二宇宙速度——飞出地球去 使卫星能够逃离地球的引力作用的卫星发射速度 当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会挣脱 地球的引力束缚，不再绕地球运行，而是飞向太阳系的其 它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。
D、角速度越小,加速度越大
33
2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之 比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( D )
A、周期之比T1∶T2=3∶1
B、线速度之比v1∶v2=3∶1
C、向心力之比F1∶F2=1∶9
D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9
34
3、关于宇宙速度，下列说法正确的是（ A ） 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
牌上画有代表地球人的裸体男女，男人举起右手表示 向“太空人”致意；人像背后为按比例绘制的先驱者号外 形，以示人体的大小；下方10个圆圈表示太阳系，从左边
起最大的是太阳，第四个为地球，从其发出的曲线表示该
探测器的航行路线；左中部的辐射状符号表示地球人认识 的物理学和天文学；左上部的两个符号表示地球上第一号 元素氢分子结构。
10
近地面卫星的速度是多少呢？
已知：G 6.67 10 11 N m2 / kg 2
R 6.37 10 6 m M 5.98 1024 kg
v1
GM R

6.67 10 11 5.98 10 6.37 10 6
24
m / s 7.9 km / s
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运 动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度，又叫
5
提出问题
抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？ 卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？
v0
A
B
C
D
6
牛顿的思考 与设想
牛顿的卫星发射原理图
抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大， 将会出现什么结果？
7
三个宇宙速度
一、第一宇宙速度 卫星要具有多大的速度，才能环绕地球运动呢？
8
分析论证 设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上 运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速 圆周运动的卫星的速度v如何推算？
地面附近的环绕速度。
11
说明: １、如果卫星的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做匀速 圆周运动； 3、如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆
轨道绕地球运行，地球的质量为 M 5.98 1024 kg 半径R=6400km，引力常量G= 6.67 1011 Nm2 kg 2
D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
35
4、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ACD ）
A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
36
⒈宇宙速度 第一宇宙速度：v＝7.9km／s，是卫星发射的最小速
GMm v2 2 2 m m R h （ ）解之： 2 Rh T R h GM v ;T 2 Rh
R h
GM
3
可见线速度和周期与轨道半径有关与卫星的质量无关。
16
动画演示
R+h越大， 越大 T _____ 越小 V _____
地球
17
概念辨析
发射速度和运行速度
3
卫星由镀铬合金制 成，重83.6公斤，外表
呈圆球形，直径５８厘
米，轨道远地点为 986.96公里，近地点为 230.09公里，每96分钟 绕地球一周。
1957年10月4日，前苏联在拜科努尔发射场发射了世 界上第一颗人造地球卫星，并被送入轨道，人类从此进入 了利用航天器探索外层空间的新时代。
4
2003年10月15日，“神舟”5号飞船载着中国第一位 航天员杨利伟成功升空，标志着我国进入了载人航天时代。
度，是卫星绕地球运行的最大速度。
第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣脱地球束缚 的最小发射速度。 第三宇宙速度: v＝16.7km／s，是挣脱太阳束缚的最 小发射速度。
⒉航天发展史
37
不是每一粒种子都能发芽，不是每一段路 程都铺满鲜花，不过不要忘记，乌云遮不
住太阳的光华。
38
27
1969年7月20日， 阿波罗11号将人 类送上了月球。
在火星上 着陆的 “勇气” 号探测器
28
我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射成功
29
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
30
探究物体在地球表面附近运行的周期 解：由牛顿第二定律和万有引力公式得
Mm 4π2 G 2 = m 2 R R T
R3 T=2π =84.6min GM
13
探究二： 若已知地球表面的重力加速度 g 9.8m / s 2 地球的半径R=6400km。探究物体在地球表面附近
做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）及周期。
1. 周期T=24h 2. 轨道平面在赤道平面内 3. 离地高度h=36000km
4. r、v、ω 、T、an“全部固定”
25
人造卫星
请 单
宇宙速度
击
不 同
的
抛 射
速
度
26
为了和平与进步 1957年10月， 苏联发射第 一颗人造地 球卫星。
1961年4月12日苏联空 军少校加加林乘坐东方 一号载人飞船进入太空， 实现了人类进 入太空的梦想。
5.4
飞出地球去
1
1.了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆 周运动时，各物理量之间的关系。
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2
问题引入
地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，
而会不断地探索新的天体和空间。 ——齐奥尔科夫斯基
现代航天学和火箭理论的奠基人
（1857.9.5～1935.9.19）
2008年9月25日神舟七号
翟志刚 刘伯明 景海鹏
31
2007年10月24日 ,在 西昌卫星发射中心由“长 征三号甲”运载火箭将 “嫦娥一号”发射升空。
“嫦娥二号”于2010年10月 1日18时59分57秒在西昌卫 星发射中心发射升空，并获 得了圆满成功。
32
1、人造地球卫星的轨道半径越大，则( BC ) A、速度越小，周期越小 B、速度越小，加速度越小 C、加速度越小,周期越大
2 Mm v 由 G m , 2 r r
得卫星运动的速度 v GM , r 可见卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
9
近地面卫星的速度是多少呢？ 近地卫星飞行的高度一般为100－200km，与地球的 半径6370km相比，完全可以用6370km表示卫星到地心之 间的距离，即r＝6370km，近地面卫星的速度是多少呢？
v2 mg m R
2 2 mg mR（ ） T
v gR 7.9km / s
R T = 2π = 84.6min g
14
思考并猜想
⑴v和T随h的变化是怎样变化的？ ⑵v和T与卫星的质量有关吗？
15
探究三: 已知：地球质量M，半径R，卫星距地面高度
h，引力常量G，探究卫星v和T。
解：万有引力提供物体做圆周运动的向心力， 设卫星的质量为 m，
23
“地球之音”的内容包括用60余种语言问候的“你
好”、中国的京剧和古曲《高山流水》，以及贝多芬的
《欢乐颂》等名曲，130余张图片（包括万里长城）等。 镀金铝板和喷金铜唱片经过特殊处理，几亿甚至几十亿 年都不会变形或变质。
24
地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星， 它的周期T＝24ｈ。