《宇宙航行》课件(精品).ppt

知识回顾,两条基本思路,1、万有引力等于重力,2、万有引力提供向心力,中国人的飞天梦,外国人的“飞天”梦,各种各样的卫星,一、宇宙速度,平抛运动演示,让物体做平抛运动初速度逐渐增大,问题情境,思考讨论一:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？,通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变化？2、在速度足够大的情况下，运动通过的地面还是水平的吗？3、若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。,越来越远,物体不再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。,不是,思考？,从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。,牛顿关于卫星的设想,牛顿的设想过程,思考讨论二:物体要想成为地球的卫星，速度应该多大？,由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球对它的万有引力全部提供绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来。,问题：月球绕着地球转要受到地球对它的吸引力,但是为什么月亮不会落到地面上来?,方案一：若已知：地球的质量M=5.981024kg,半径R=6400km，引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期,方案二：若已知：地球表面重力加速度g=9.8m/s2,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及周期,探究一：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度和周期,分组探究,方案一：若已知：地球的质量为 半径R=6400km，引力常量探究：物体在地球表面附近运行的线速度及周期,建立模型,方案二 若已知：地球表面的重力加速度g=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及周期,解：,第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.,第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度.（逃逸速度）,绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。,第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度.（不同天体有各自的第一宇宙速度。如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落回地面。）,阅读教材并回答：三种宇宙速度（发射速度）,二、人造地球卫星运动规律,探究二：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系吗？,1,2,3,4,r越大（高），v越小,r越大，越小,r越大，T越大,r越大，an越小,思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是最小速度？,r最小，是最大环绕速度。,向高轨道发射卫星时,需要的初速度大，因为火箭克服地球对卫星的引力而做更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难。,思考讨论三:将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？,发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初速度。一旦发射后再无能量补充，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。注意宇宙速度均指发射速度运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。注意:卫星的实际环绕速度一定不大于发射速度.,思考：第一宇宙速度是发射卫星的最大速度还是最小速度？,r最小，是最小发射速度。,归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大运行速度。,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？,思考讨论四：人造地球卫星的运行轨道,人造地球卫星,F1,F2,F3,赤道平面,北,南,东,西,轨道中心,地心,_ 提供向心力,万有引力,所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上 三类人造地球卫星轨道：赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。,人造地球卫星的运行轨道,“高轨低速长周期”,人造卫星的轨道,极地轨道,一般轨道,赤道轨道,所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因？）,平面,立体,赤道平面,人造卫星的轨道,近地卫星,近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。,2023年5月30日星期二,练习：求近地卫星的周期,地球同步卫星,问题4：你能否形象的描述它的轨道？,轨道与赤道重合,卫星位于赤道的正上方的某一高度,同步卫星：相对于地面静止，公转周期和地球自转周期相同的卫星。,1特点：,定周期：T=24h=86400s,定点：相对于地面静止。,定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空,定高度：由,定速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此线速度、角速度大小均不变,定加速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此向心加速度大小也不变,5.同步卫星的个数大约3度角左右才能放置一颗卫星，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。,3.同步卫星的高度,h为固定值（h=35786Km）,4.同步卫星速度,同步卫星,近地卫星,月球,三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较,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,减速下降,超重,2、沿圆轨道正常运行,只受重力,a=g,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,七、卫星变轨,V,F引,F引F向,F引F向,卫星变轨原理,M,m,A点速度内小外大（在A点看轨迹）,在A点万有引力相同,A,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。,卫星变轨原理,1、卫星在二轨道相切点,万有引力相同,速度内小外大（切点看轨迹）,2、卫星在椭圆轨道运行,近地点-速度大，动能大,远地点-速度小，动能小,1,2,R,卫星在圆轨道运行速度V1,V2,900,减小,卫星变轨原理,L,卫星变轨原理,使卫星进入更高轨道做圆周运动,卫星的回收,