人教版高中物理必修二：6.5 宇宙航行 课件

轨道的是
（D ）
卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的
五、地球同步卫星（通信卫星）
1.所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星， 它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它 的周期：T＝24h。
2.所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨 道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫 星离地面高度为定值。
G
Mm r2
ma
T 2 r 3 GM
a
GM r2
T r3
a
1 r2
思考：对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越____小_________ （2）离地面越高，线速度越____小_________ （3）离地面越高，周期越______大_________ （4）离地面越高，角速度越_____小________ （5）离地面越高，向心加速度越____小_____
mg=G
Mm r2
m
v2 r
式中：r R h g是高空h处的重力加速度
六、“双星”问题：
“双星” 由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成。对于
其中一颗来说，另一颗就是其“伴星”。 •双星运动的特点：
1.两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周 运动。 2.两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向 心力，即两颗恒星受到的向心力大小相等。 3.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗 恒星角速度相同，周期相同。
2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动 的3颗卫星，下列说法正确的是（ D ） 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c D.a卫星由于某原因，轨道半径 缓慢减小，其线速度将增大
。2021年3月14日星期日2021/3/142021/3/142021/3/14
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/142021/3/142021/3/143/14/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/142021/3/14March 14, 2021
供向心力。F引 = F向 2.卫星的动力学方程 (r-V-ω-T的关系)
R
地球r V
M
Tω
r
G
Mm r2
V2 m
r
mr 2
mr 2
T
2
m
G M m m v2m 2rm (2 )2rm g
r2
r
T
G
Mm r2
m
v2 r
v GM r
v 1 r
G
Mm r2
m2r
GM r3
1 r3
GMr2mm(2T)2r
1 v2 2 v1
练习1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是
A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星
球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 2 km/s。
解:
Mm v2 G m
r2
r
整理得 v GM r
vB M BrA 2 vA M ArB 9
2 vB 9 vA 2km / s
“旅行者1号”探测器 1988年飞出太阳系
16.7km/s称为第 三宇宙速度。
❖ 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水平初速度。
V发射
V运 行
注意： （1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。 （2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射 高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
ACD
练习3.求近地卫星的周期
T 2 r 3
GM地
(6.37 106 )3 2 3.14 6.67 1011 5.981024 s
5.06 103 s 84.3min
我们能发射一颗周期 为80min的卫星吗？
总结： 凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动
方程，即:
重力=万有引力=向心力
例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它 的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙 速度的多少倍？
解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛 顿第二定律有
G
Mm r2
m
v2 r
整理得 v GM
r
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
v2 r1 1 v1 r2 2
减速下降
只受重力
a=g
超重 完全失重
与重力有关的现象全部消失
天平
弹簧秤测重力
液体压强计
思考：卫星轨道的圆心在哪儿？ 分析：所有卫星的圆心都在地心上。 思考：现在有几种卫星？ 按用途分类:通信卫星;气象卫星 按轨道分类:基地卫星;赤道卫星;其他卫星
各种各样的卫星……
例4.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的
•
THE END 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。2021/3/142021/3/142021/3/142021/3/14
谢谢观看
5 宇宙航行
1.了解人造卫星的有关知识。 2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 3.知道发射速度与环绕速度的区别。
敦煌的飞天壁画
嫦 娥 奔 月
思考：地面上的物体，怎样才能离开地球？
300多年前，牛顿提出设想
一、人造卫星的发射原理
牛顿的猜想
牛顿的手稿
想一想: 物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
太 空 站
美国“凤凰”号火星探测器 2007年8月4日发射升空，2008 年5月25日在火星着陆。
“卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。
“先驱者”10号太空探测器 1972年3月2日发射升空， 1986年6月飞出太阳系。
1.两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
一、人造卫星：
在地球上抛出的物体，当它的速度足够 大时，物体就永远不会落到地面上，它将
围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星
简称 人造卫星 。
由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律 是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星
的引力提供向心力。
思考与讨论、如图所示，A、B、C、 D四条轨道中可以作为卫星轨道 的是哪一条？
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
h)
h
3
解得h
GM 地T 2
4 2
R地
3.6104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h处？
例5.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/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
方法二：卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向
心力，根据牛顿第二定律得
G
Mm r2
m
v2 r
v
GM r
6.67
1011 5.89 6.37 106
10
24
m/s
7.9km/s
由此可见：V=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球 做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第 一宇宙速度
在地面附近 发射飞行器，如 果它的速度大于 7.9km/s会怎样 呢？
3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星 的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该 层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是
（ AD） A.若V与R成正比，则环为连续物 B.若V2与R成正比，则环为小卫星群 C.若V与R成反比，则环为连续物 D.若V2与R成反比，则环为小卫星群
例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是 （ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
三、人造卫星的运动规律
1.卫星绕地球的运动和受力特点 卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提
提示：卫星作圆周运 动的向心力必须指 向地心
• 轨道特点：万有引力提供向心力 所以轨道平面一定经过地球中心
• 卫星是围绕地球的中心做匀速圆周运动
方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速圆 周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得
mg m v2 R
v gR 6.37 106 9.8m/s 7.9km/s
地球
例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法 正确的是（ B ） A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
四、人造卫星的超重和失重
1.发射和回收阶段 发射
加速上升
超重
回收 2.沿圆轨道正常运行
1.第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s 2.第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s 三、人造卫星的运动规律 四、人造卫星的超重和失重 五、同步卫星 1.周期T=24h 2.卫星轨道平面与地球赤道平面重合 六、“双星”问题
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/142021/3/14Sunday, March 14, 2021
3.地球同步卫星的特点：“五个一定” （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）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
练习2.求同步卫星离地面高度
设卫星离地面高度为h
由 GM地m卫 (R地 h)2
m卫
(
2
T
)2 (R地
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/142021/3/142021/3/143/14/2021 2:24:23 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/142021/3/142021/3/14Mar-2114-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/142021/3/142021/3/14Sunday, March 14, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/142021/3/142021/3/142021/3/143/14/2021
二、宇宙速度
1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）
2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫 星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度 叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的 引力。 3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于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。 这个速度叫第三宇宙速度。
4.如图所示，有A、B两个卫星绕地球做圆周运动，旋转方
向相同，A卫星的周期为T1，B卫星的周期为T2，在某一时 刻两卫星第一次相遇（即两卫星相距最近）
求：1.多长时间后两卫星第二次相遇？
2.多长时间后两卫星第一次最远？
t
Leabharlann Baidu
T1T2
T2 T1
t
T1T2
2T2 T1
mB2
m1
A
一、人造卫星的原理 二、宇宙速度