人教版（2003）高中物理必修二第六章万有引力与航天——第五节 宇宙航行

第六章万有引力与航天第五节宇宙航行高中物理人教版必修二 1.万有引力定律的表达式？2.行星运动向心力的来源？3.卫星，月球不会落到地面必须具备的条件是什么？复习 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？牛顿的思考与假设：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？牛顿的思考与假设：问题抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 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？设地球的质量为M，飞行器的质量为m，飞行器的速度为v，它到地心的距离为r，则有：rvmM法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力【探究问题一】 (已知G=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km)，故有：说明：近地卫星在离地100—200km的高度飞行，轨道半径r与地球半径R=6400km近似相等，所以这个速度也是近地卫星绕地球做匀速圆周运动所必有的速度。 一、宇宙速度1.第一宇宙速度v1=7.9km/s它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度． 若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km，如何求解？rvmM法二：重力提供物体作圆周运动的向心力讨论1:在其他天体表面发射卫星，最小发射速度是否也是7.9km/s? 11.2km/s>v>7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/sv=11.2km/s第二宇宙速度第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2km/s（卫星挣脱地球束缚成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度） 11.2km/s>v>7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/sv=11.2km/s第二宇宙速度v=16.7km/s第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7km/s（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度） 二、卫星的发射速度和运行速度(1)发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道．(2)环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.说明:卫星的实际环绕速度一定小于发射速度. 讨论2：将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个需要的发射速度更大?高轨道需要发射速度大，因为高轨道的卫星发射过程中需要克服引力做的功越多第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?最小发射速度【探究问题二】 第一宇宙速度是最大发射速度还是最小发射速度?以第一宇宙速度运行的卫星轨道最低，所以第一宇宙速度是最小发射速度第一宇宙速度也是所有绕地球运行的卫星的最大环绕速度【探究问题三】 三、梦想成真“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”——爱因斯坦 1957年10月4日，苏联发射“斯普特尼克”1号人造卫星，这是人类向宇宙发射的第一颗人造卫星三、梦想成真1969年，阿波罗11号飞船成功登月2003年，神舟五号宇宙飞船成功发射，我国由此成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。 我国发射的人造卫星类型 (1)如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abcF向F引F引F向=F引【探究问题四】 (1)如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？abc【探究问题四】 四、人造卫星的运动规律123在不同轨道运行的卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度的大小什么关系？ 设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r。则：卫星绕地球运转的动力方程是什么？rv思考： 线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系式：不同中心体同一中心体 1234讨论：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 课堂练习1、某星球质量是地球质量的2倍，半径是地球的0.5倍，在该星球上发射卫星，其第一宇宙速度是_______（地球第一宇宙速度为7.9km/s)2、有两个人造地球卫星，都绕地球作匀速圆周运动，已知他们的轨道半径之比r1：r2=4：1，求这两个卫星的(1)线速度之比(2)角速度之比(3)向心加速度之比(4)运动周期之比15.8km/s（1）1：2（2）1：8（3）1：16（4）8：1 3.宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1＞R2，宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的()A．线速度变小B．角速度变小C．周期变大D．向心加速度变大D课堂练习 小结一、牛顿的设想（发射原理）三、人造卫星各物理量与轨道半径的关系。二、第一宇宙速度的计算作业P481、2、3