7.4宇宙航行 课件(共16张PPT) -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

(课件网) 7.4宇宙航行 人教版（2019） 一、宇宙速度 在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。物体只受到指向地心的引力作用，物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动。 1.第一宇宙速度 只要知道地球的质量 M 和物体做圆周运动的轨道半径 r (可以近似看做地球的半径大小)，就可以求出物体绕行速度的大小。根据 说明：（1）最小发射速度 （2）最大环绕速度（圆周）“r大T大三度小” （3）近地卫星环绕速度（r=R） 2.第二宇宙速度 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，7.9 km/s< v<11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。 当物体（航天器）飞行速度达到11.2千米/秒时，就可以摆脱地球引力的束缚，飞离地球进入环绕太阳运行的轨道，不再绕地球运行。这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度，这个速度亦称逃逸速度。 逃逸速度，取决于星球的质量。如果一个星球的质量大，其引力就强，逃逸速度值就大。逃逸速度还取决于物体与星球中心的距离，距离越近，逃逸速度越大。 3.第三宇宙速度 第三宇宙速度是指从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时，无需后续加速就可以摆脱太阳引力的束缚，脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间。这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行初速度就是第三宇宙速度。 4.嫦娥探月 我们发射探月飞行器时，发射速度要求大于第一宇宙速度。由于月球也是被地球束缚而环绕地球运行，所以发射探月飞行器的速度小于第二宇宙速度。理论计算表明发射速度大于10.8km/s，就可以实现探月。 5.天问探火 如果我们发射火星探测器，发射速度不仅要大于第一宇宙速度。由于飞行器要脱离地球束缚，而环绕太阳运行，最后被火星俘获，所以理论发射速度要大于第二宇宙速度。 6.卫星变轨 从低轨道到高轨道，在P、Q进行两次点火加速 速度：设卫星在圆轨道 Ⅰ 和 Ⅱ 上运行时的速率分别为 v 、v ，在椭圆上过 P 点和 Q 点时速率分别为v 、v 。因为在 P 点加速由小圆变为椭圆，所以v >v ，在 Q 点加速由椭圆变成大圆，所以 v >v 。又因为圆轨道半径越大速度越小，则v >v 。故有v >v >v >v 加速度：因为在 P 点，卫星只受到万有引力作用，故不论从圆轨道 Ⅰ 还是椭圆轨道上经过 P 点，卫星的加速度都相同。同理，不论从圆轨道 Ⅱ 还是椭圆轨道上经过 Q 点，卫星的加速度都相同。 周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、椭圆轨道上的运行周期分别为 T 、T 、T ，轨道半径分别为 r 、r 、r （半长轴）、由开普勒第三定律得：T ＞T ＞T 二、人造地球卫星 1.近地卫星 近地卫星是指轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径可近似取地球半径。地球自转周期为24h，而近地卫星的周期约为1.4h，近地卫星角速度比地球自转角速度大得多。 ①轨道半径r≈R（R为地球的半径6400km） ②运行速度7.9km/s ，是所有卫星的最大绕行速度 ③运行的周期为T=85min，是所有卫星最小周期，它一天绕地球运行17圈 ④向心加速度为9.8m/s2 ，是所有卫星的最大加速度 赤道物体的运动学数据 ①运行速度v=465m/s，赤道上的物体不能视为卫星 ②运行的周期为T=24h ③ g=9.8m/s2、an= 0.034m/s2 ，向心加速度远小于重力加速度 2.地球同步卫星 ①同步卫星绕行方向必须与地球的自转方向相同（自西向东），否则不能同步！ ②同步卫星的轨道与地球赤道共面 ③同步卫星距赤道的高度必须为36000千米。同步卫星与地球以相同的角速度转动，所以运转周期也为24小时。 根据 解得r=42400千米，所以同步卫星距赤道的高度约为h=r-R ... ...