7.4宇宙航行 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册43张PPT

(课件网) 7.4 宇宙航行 一、宇宙速度 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。 在简化之后，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。设地球的质量为 m地，物体的质量为 m，速度为 v，它到地心的距离为 r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以 只要知道地球的质量 m地和物体做圆周运动的轨道半径 r，就可以求出物体绕行速度的大小。已知地球质量为 5.98×1024 kg，近地卫星在 100 ? 200 km 的高度飞行，远小于地球半径（6 400 km），可以近似用 地球半径 R 代替卫星到地心的距离 r。把数据代入上式后 算出 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫作第一宇宙速度（first cosmic velocity)。 1、第一宇宙速度 (2) 第一宇宙速度的计算方法 2、第二宇宙速度 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大 于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（second cosmic velocity)。 有些恒星，在它一生的最后阶段，强大的引力把其中的物质紧紧地压在一起，密度极大，每立方厘米的质量可达数吨。它们的质量非常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大。于是，我们自然要想，会不会有这样的天体，它的质量更大、半径更小，逃逸速度更大，以 3 × 108 m/s 的速度传播的光都不能逃逸？如果宇宙中真的存在这种天体，即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们也根本看不到它。这种天体称为黑洞。 3、第三宇宙速度 达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（third cosmic velocity) 二、人造地球卫星 各种各样的卫星…… 返回 牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到 很大的速度，这对于人类是一个巨大的挑战。直到多级 火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。自 首颗人造地球卫星发射后，人类已经发射了数千颗人造地 球卫星，目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通 信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活 1957 年 10 月 4 日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。 1970 年 4 月 24 日，我国第一颗人造地球卫星“东方红 1 号” 发射成功，开创了中国航天史的新纪元。 为我国航天事业 作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。 （一）人造地球卫星的轨道特点 1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道． (1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律． (2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心． (3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示． （二）地球同步卫星 1、地球同步卫星的特点 （三）卫星变轨问题 三、载人航天与太空探索 人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的 理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越 大，越来越坚实。 1961 年 4 月 12 日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。 1969 年 7 月 16 日 9 时 32 分，运 ... ...