万有引力与航天第五节宇宙航行.ppt

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1、第七章 万有引力与航天第五节 宇宙航行,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？,问题：,牛顿人造卫星原理图,牛顿的设想过程,法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,探究问题一：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=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量M=5.891024kg,地球半径R=6400km),（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）,一宇宙速度,1、第一宇宙速度（环绕速度）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,说明：（）如果卫星的速度小于

2、第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；,（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；,（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，地心就成为椭圆轨道的一个焦点,、第二宇宙速度（脱离速度）,这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点,v2=11.2 km/s,3、第三宇宙速度（逃逸速度）,这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到

3、太阳系外了,v3=16.7 km/s,探究问题二：,（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？,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,（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？,课堂练习：,已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.891024kg，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2，若要发射一颗地球同步卫星，试求：（1）地球同步卫星的离地面高度h（2）地球同步卫星的环绕速度v,结论：地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。,二、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不

4、同的概念,（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,注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度,（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？,学生思考：,（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？,探究问题三：,提示：同步卫星速度：V=9.67102m/s v1=7.9km/s,课堂练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越（2）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，周期越（4）离地面越高，角速度越（5）离地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？,课堂练习:,小结：,一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:,二、三种宇宙速度：v1=7.9km/s（会推导）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s,再见,