高中物理必修二6.5宇宙航行

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1、6.5.宇宙航行问题:一、牛顿关于卫星的设想地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?问题情境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引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.一、牛顿关于卫星的设想物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。2.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。由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大,故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.ABCO

2、V0D问题:问题情境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。牛顿人造卫星原理图一、牛顿关于卫星的设想思考？1.以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面;如果发射速度等于第一宇宙

3、速度，卫星刚好能贴着地球表面作匀速圆周运动。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。二、宇宙速度问题:若卫星的发射速度大于7.9km/s，会怎样呢？第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.（脱离速度）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)11.2km/s>V>7.9km/sV=16.7km/sV=11.2km/sV=7.9km/s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.（环绕速度）二、宇宙速度1、当发射速度为7.9km/s,物

4、体恰好环绕地球表面做圆周运动；2、当发射速度大于7.9km/s时：①7.9km/s16.7km/s物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。二、宇宙速度2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆

5、脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若7.9km/s

6、空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。表征人造卫星运行状态的物理量有三个:环绕速度v,转动半径r(或R+h,h为离地的高度)转动周期T.将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：三、人造地球卫星运行的规律结论：卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别三、人造地球卫星运行的规律发射速

7、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；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。所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度。三、人造地球卫星运行的规律问题：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？向高轨道发射卫星时,需要的初速度越大，火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难.三、人造地球卫星运行的规律提示：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢

8、？思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？不能！！所有卫星都在以地心为圆