高中物理 第六章 第五節(jié)《宇宙航行》課件 新人教版必修2.ppt

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《宇宙航行》,【問題】拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？,,【問題】拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？,拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結果？,牛頓的思考與設想：,牛頓人造衛(wèi)星原理圖,【探究問題一】以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？,(已知G=6.6710-11Nm2/kg2,地球質量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力,【探究問題一】以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？,(已知G=6.6710-11Nm2/kg2,地球質量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力,【探究問題一】以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？,(已知G=6.6710-11Nm2/kg2,地球質量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),,法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力,【探究問題一】以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？,(若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km),(已知G=6.6710-11Nm2/kg2,地球質量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),,法二：重力提供物體作圓周運動的向心力,法二：重力提供物體作圓周運動的向心力,,,一、宇宙速度,1.第一宇宙速度v1=7.9km/s它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度．,,(1)如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；,說明：,,(1)如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；(2)等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；,說明：,,(1)如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；(2)等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；(3)如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點．,說明：,v2=11.2km/s,2.第二宇宙速度,這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度．,v2=11.2km/s,2.第二宇宙速度,這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度．如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點．,3.第三宇宙速度,v3=16.7km/s,3.第三宇宙速度,v3=16.7km/s,3.第三宇宙速度,這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度．,v3=16.7km/s,3.第三宇宙速度,這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度．如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了．,,【探究問題二】,(1)如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？,,,【探究問題二】,(1)如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？,提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心,,,【探究問題二】,(1)如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？,提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心,(2)這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉同步？,已知地球的半徑是6400km，地球自轉的周期24h，地球質量5.891024kg,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：(1)地球同步衛(wèi)星的離地面高度h.(2)地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v.,,,練習：,,結論：地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。,已知地球的半徑是6400km，地球自轉的周期24h，地球質量5.891024kg,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：(1)地球同步衛(wèi)星的離地面高度h.(2)地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v.,,,練習：,,二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度,發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念．,,二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度,發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念．,(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進入運動軌道．,,二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度,發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念．,(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進入運動軌道．,(2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度．當衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度.,,二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度,發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念．,注意:衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度.,(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進入運動軌道．,(2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度．當衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度.,,(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？,學生思考,,(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？,(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？,學生思考,,(3)發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉速度大又說明什么？,(1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？,(2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？,學生思考,第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?,【探究問題三】,第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?,提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s,【探究問題三】,第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?,提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s,第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,也是最大的環(huán)繞速度,結論:,【探究問題三】,線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：,,,練習：,線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：,,,練習：,線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：,,,練習：,線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：,,,練習：,線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：,,,練習：,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,小,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,小,小,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,小,大,小,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,小,大,小,小,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,小,大,小,小,小,「思考」對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______,,,,練習：,能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？,一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:,,二、三種宇宙速度：,一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:,v1=7.9km/s．（會推導）v2=11.2km/sv3=16.7km/s,,