人教版高中物理必修二 6.5宇宙航行 (共33張PPT)

1、6.5宇宙航行宇宙航行(第第2課時(shí)課時(shí))人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星 宇宙速度宇宙速度衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度運(yùn)動(dòng)的線速度向萬FFrGMv 宇宙速度宇宙速度推導(dǎo)推導(dǎo)RGMvFF向萬（環(huán)繞速度）（環(huán)繞速度）第一宇宙速度第一宇宙速度sKmv/9 . 71衛(wèi)星繞地球運(yùn)衛(wèi)星繞地球運(yùn)的最大速度的最大速度發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射衛(wèi)星的最小速度速度sKmv/2 .112度）第二宇宙速度（脫離速sKmv/7 .163度）第三宇宙速度（逃逸速知識回顧知識回顧一一.地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星2.同步衛(wèi)星特點(diǎn)同步衛(wèi)星特點(diǎn)(1)在赤道平面內(nèi)在赤道平面內(nèi) (2)周期一定周期一定T=24h(3)高度一定高度一

2、定人類在宇宙發(fā)射了多種多樣的人人類在宇宙發(fā)射了多種多樣的人造衛(wèi)星造衛(wèi)星,其中有一種特別的衛(wèi)星稱其中有一種特別的衛(wèi)星稱為地球同步衛(wèi)星為地球同步衛(wèi)星(常用做通訊衛(wèi)星常用做通訊衛(wèi)星)所有同步衛(wèi)星只能分布在赤道上所有同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方一個(gè)確定軌道上方一個(gè)確定軌道上,定高度、定周定高度、定周期、定速率、定角速度、定軌道期、定速率、定角速度、定軌道3.同步衛(wèi)星應(yīng)用同步衛(wèi)星應(yīng)用:衛(wèi)星通信、廣播衛(wèi)星通信、廣播,天氣預(yù)報(bào)、導(dǎo)航、地球天氣預(yù)報(bào)、導(dǎo)航、地球資源探測、育種、軍事應(yīng)用等資源探測、育種、軍事應(yīng)用等1.地球地球同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星:相對于地面靜止相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)且與地球自轉(zhuǎn)具有

3、相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。星叫地球同步衛(wèi)星。5.同步衛(wèi)星的個(gè)數(shù)同步衛(wèi)星的個(gè)數(shù):大約大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星度角左右才能放置一顆衛(wèi)星,地球地球的同步通訊衛(wèi)星只能有的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆顆.可見可見,空間位置也是一種資源空間位置也是一種資源.4.同步衛(wèi)星高度固定不變同步衛(wèi)星高度固定不變線速度：線速度：skmsmTrv/1 . 3/36002410237. 414. 3227角速度：角速度：sradsradT/103 . 7/36002414. 3225kmRGMThhRTmhRMm4322222106 . 344注注:凡是人造衛(wèi)星的問題都可從凡是人造衛(wèi)星的問題都可從萬有引力萬有引力

4、=向心力向心力去去列運(yùn)動(dòng)方程列運(yùn)動(dòng)方程,即即:vmrmrrmmarMmGTmvFnn222224運(yùn)行半運(yùn)行半徑徑rR地地R地地6.6R地地運(yùn)行周運(yùn)行周期期T24h85分鐘（分鐘（1.4h）24h線速度線速度的計(jì)算的計(jì)算V=R地地向心加向心加速度的速度的計(jì)算計(jì)算ma=m2R=GMm/R地2=mgma=GMm/r近2ma=m2rGMm/r同2向心加向心加速度之速度之比比a同同/a物物 =r同同/ R=6.6/1a同同/a近近r近近 2/r同同2=1/(6.6)2近近rGMv 同同同同rrGMv 同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星地球赤道上的地球赤道上的物體物體6.注意區(qū)別注意區(qū)別:地球赤道上的物體地

5、球赤道上的物體,近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星,同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星7.赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體,近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星,同步衛(wèi)星都繞地心同步衛(wèi)星都繞地心運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),但是萬有引力但是萬有引力(an) 有什么區(qū)別？有什么區(qū)別？NRTmmaFn2211038. 3)2(1hRTmhRMmGmaFn223)2(3NRMmGmaFn1222107 . 92231nnnaaa8.近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較(1)誰周期長誰周期長?(2)誰角速度大誰角速度大?(3)誰軌道半徑大誰軌道半徑大?h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8

6、108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分鐘分鐘同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球月球(1)發(fā)射和回收階段發(fā)射和回收階段發(fā)射發(fā)射加速上升加速上升超重超重回收回收減速下降減速下降超重超重(2)沿圓軌道正常運(yùn)行沿圓軌道正常運(yùn)行只受重力只受重力a = g完全失重完全失重與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失天平天平彈簧秤測重力彈簧秤測重力液體壓強(qiáng)計(jì)液體壓強(qiáng)計(jì)9.人造衛(wèi)星的超重和失重人造衛(wèi)星的超重和失重AC例例1.關(guān)于地球同步衛(wèi)星關(guān)于地球同步衛(wèi)星,下列說法正確的是（下列說法正確的是（ ）A.它的運(yùn)行速度小于它的運(yùn)行速度小于7.9km/s B.它的運(yùn)

7、行速度大它的運(yùn)行速度大7.9km/s C.它的周期是它的周期是24h,且軌道平面于赤道平面重且軌道平面于赤道平面重D.每一個(gè)地球同步衛(wèi)星離開地面的高度是不同的每一個(gè)地球同步衛(wèi)星離開地面的高度是不同的例例2.同步衛(wèi)星是指相對于地面不動(dòng)的人造地球衛(wèi)星同步衛(wèi)星是指相對于地面不動(dòng)的人造地球衛(wèi)星,關(guān)于同關(guān)于同步衛(wèi)星的說法中正確的是步衛(wèi)星的說法中正確的是( )A.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,且離地心的距離可按且離地心的距離可按需要選擇不同值需要選擇不同值B.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,但離地距離是一定的但離地距離是一定的C.它只能在赤道的正上方它

8、只能在赤道的正上方,但離地心的距離可按需要選擇但離地心的距離可按需要選擇不同值不同值D.它只能在赤道的正上方它只能在赤道的正上方,且離地心的距離是一定的且離地心的距離是一定的 D1m2m例例3.如圖所示如圖所示,有有A、B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)方旋轉(zhuǎn)方向相同向相同,A衛(wèi)星的周期為衛(wèi)星的周期為T1,B衛(wèi)星的周期為衛(wèi)星的周期為T2,在某一時(shí)刻在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星第一次相遇兩衛(wèi)星第一次相遇(即兩衛(wèi)星距離最近即兩衛(wèi)星距離最近)求求:1.多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇?2.多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠(yuǎn)多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠(yuǎn)?12212TTTTt

9、22221tTtT1221TTTTttTtT2122QPv3v1v23.神六變軌神六變軌:神六飛船入軌后先是在近神六飛船入軌后先是在近地點(diǎn)地點(diǎn)200公里公里,遠(yuǎn)地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)350公里的橢圓公里的橢圓軌道上運(yùn)行軌道上運(yùn)行,然后變軌到距地面然后變軌到距地面343公公里的圓形軌道里的圓形軌道.比較比較v1、v2、v3的大小的大小?v1_v2v2_v3v1_v3v1v3v2二二.衛(wèi)星變軌衛(wèi)星變軌VF引引rvmF2向2rMmGF 引向引FF F引F向F引F向衛(wèi)星變軌原理MmA點(diǎn)速度內(nèi)小外大（在A點(diǎn)看軌跡）在A點(diǎn)萬有引力相同A思考：人造衛(wèi)星在低軌道上運(yùn)行，要想讓其在高軌道上運(yùn)行，應(yīng)采取什么措施？在低軌道上加

10、速，使其沿橢圓軌道運(yùn)行，當(dāng)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)點(diǎn)處時(shí)再次加速，即可使其沿高軌道運(yùn)行。衛(wèi)星變軌原理1、衛(wèi)星在二軌道相切點(diǎn)萬有引力相同速度內(nèi)小外大（切點(diǎn)看軌跡）2、衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行近地點(diǎn)-速度大，動(dòng)能大遠(yuǎn)地點(diǎn)-速度小，動(dòng)能小221RMmGRmv122222,vRMmGRmv使使衛(wèi)星加速到R衛(wèi)星在圓軌道運(yùn)行速度V1V2900減小衛(wèi)星變軌原理223LMmGLmv衛(wèi)星變軌原理2244LMmGLmvv ，使，使使衛(wèi)星加速到使衛(wèi)星加速到 1 1、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地近地圓軌道圓軌道1 1，然后經(jīng)點(diǎn)火使其沿，然后經(jīng)點(diǎn)火使其沿橢圓軌道橢圓軌道2 2

11、運(yùn)行；最后再次運(yùn)行；最后再次點(diǎn)火將其送入同步點(diǎn)火將其送入同步圓軌道圓軌道3 3。軌道。軌道1 1、2 2相切于相切于P P點(diǎn)，點(diǎn)，2 2、3 3相切于相切于Q Q點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星分別在點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星分別在1 1、2 2、3 3上正常運(yùn)行時(shí)，以下上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是（說法正確的是（ ） A A、在軌道、在軌道3 3上的速率大上的速率大 于于1 1上的速率上的速率 B B、在軌道、在軌道3 3上的角速度上的角速度 小于小于1 1上的角速度上的角速度 C C、在軌道、在軌道2 2上經(jīng)過上經(jīng)過Q Q點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí) 的速率等于在軌道的速率等于在軌道3 3上經(jīng)過上經(jīng)過Q Q點(diǎn)時(shí)的速率點(diǎn)時(shí)的速率 D D、在軌道、

12、在軌道1 1上經(jīng)過上經(jīng)過P P點(diǎn)時(shí)的加速度等于在軌道點(diǎn)時(shí)的加速度等于在軌道2 2上上 經(jīng)過經(jīng)過P P點(diǎn)時(shí)的加速度點(diǎn)時(shí)的加速度 QP231BD“嫦娥奔月” 圖理性探究理性探究 發(fā)射、變軌、運(yùn)行發(fā)射、變軌、運(yùn)行 2. 2. 20072007年年1010月月2424日日“嫦娥一號嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進(jìn)入繞衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進(jìn)入繞地軌道。在繞地運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)過三次近地變軌：地軌道。在繞地運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)過三次近地變軌：1212小時(shí)橢圓軌小時(shí)橢圓軌道道2424小時(shí)橢圓軌道小時(shí)橢圓軌道4848小時(shí)橢圓軌道小時(shí)橢圓軌道修正軌道修正軌道地月轉(zhuǎn)移軌道地月轉(zhuǎn)移軌道。1111月月5 5日日1111時(shí)，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距

13、月球表面高度時(shí)，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度為為h h的的A A點(diǎn)時(shí)，再經(jīng)三次變軌：點(diǎn)時(shí)，再經(jīng)三次變軌：1212小時(shí)橢圓軌道小時(shí)橢圓軌道3.53.5小時(shí)橢圓小時(shí)橢圓軌道軌道最后進(jìn)入周期為最后進(jìn)入周期為T T的極月圓軌道的極月圓軌道 ，如圖所示（，如圖所示（ ） A.A.“嫦娥一號嫦娥一號”由由到到需加速、由需加速、由到到需減速需減速 B.B.發(fā)射發(fā)射“嫦娥一號嫦娥一號”的速度必須達(dá)到第三宇宙速度的速度必須達(dá)到第三宇宙速度 C.C.在繞月圓軌道上在繞月圓軌道上, ,衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān) D.D.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的

14、平方成反比 E.E.在繞月圓軌道上在繞月圓軌道上, ,衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力近地變軌軌道修正轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射D注意注意:萬有引力萬有引力中兩星相距是中兩星相距是L,而而向心力表達(dá)式向心力表達(dá)式中半徑為中半徑為r1、r2,不可混淆不可混淆. 212211rrLrmrm 222211221 rmrmLmmG宇宙中有相距較近宇宙中有相距較近,質(zhì)量可以相比的兩顆星質(zhì)量可以相比的兩顆星(其他星體對其他星體對它們的影響忽略不計(jì)它們的影響忽略不計(jì)),圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)做圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)做同周期的勻速圓周運(yùn)動(dòng)同周期的勻速圓周運(yùn)動(dòng).這種結(jié)構(gòu)叫做雙星這種結(jié)構(gòu)

15、叫做雙星角速度必定相同角速度必定相同，因此，因此周期也必然相同周期也必然相同。每顆星的每顆星的向心力大小必然相等向心力大小必然相等如果兩顆星的質(zhì)量相差懸殊，如如果兩顆星的質(zhì)量相差懸殊，如m mM M，則，則r=L,R=Or=L,R=O， 這是可以把大質(zhì)量星看作靜止的，這是可以把大質(zhì)量星看作靜止的， 小質(zhì)量星圍繞大質(zhì)小質(zhì)量星圍繞大質(zhì)量星運(yùn)動(dòng)。量星運(yùn)動(dòng)。三三.雙星問題雙星問題例1.兩個(gè)星球組成雙星，它們在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)測得兩星中心距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩星的總質(zhì)量。O解析：設(shè)兩星質(zhì)量分別為M1和M2，都繞連線上O點(diǎn)作周期為T 的圓周運(yùn)動(dòng)，星

16、球1和星球2到O 的距離分別為l 1和 l2 由萬有引力定律和牛頓第二定律及幾何條件可得l 1l 2M2M1121221)2(lTMRMMG222221)2(lTMRMMGl 1+l2=R聯(lián)立解得232214GTRMM 例例2.2.在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距很近的恒星在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距很近的恒星稱為雙星，這兩顆星必須各自以一定的速稱為雙星，這兩顆星必須各自以一定的速率繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)才不至于由于萬有引力率繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)才不至于由于萬有引力而吸在一起。已知兩恒星的質(zhì)量分別為而吸在一起。已知兩恒星的質(zhì)量分別為MM1 1和和MM2 2兩恒星距離為兩恒星距離為L L。求：。求：(1)(1)兩恒星轉(zhuǎn)動(dòng)

17、兩恒星轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；中心的位置；(2)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。O 分析：如圖所示，兩顆恒星分別以轉(zhuǎn)動(dòng)中心O作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度相同，設(shè)M1的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r1，M2的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r2=L-r1；它們之間的萬有引力是各自的向心力。解答：（1）對M1，有對M2，有O向向121221rMLMMGF F =GM1向MLMr22222故M12r1=M22(L-r1)得，rr12M LMMM LMM212112（2）將r1值代入式轉(zhuǎn)動(dòng)中心 距為，距為。OMM12M LMMM LMM21211221221221MGMMLMMLM得G MML()123周期、角速度一定周期、角速度一定,與地球自轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期(T=24h) 角速度相角速度相軌道平面在赤道平面上軌道平面在赤道平面上; 距離地心的距離一定距離地心的距離一定:h=3.95104km; 距離地面的高度距離地面的高度為為3.6104km 環(huán)繞速度一定環(huán)繞速度一定:v=3.1km/s,環(huán)