【物理 】宇宙航行课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
29页1、7.4宇宙航行提示:万有引力提供物体作匀速圆周运动的向心力。提示:万有引力提供物体作匀速圆周运动的向心力。这个抛出速度就是做匀速圆周运动的线速度。这个抛出速度就是做匀速圆周运动的线速度。探究问题:以多大的速度抛出一个物体,它才会绕探究问题:以多大的速度抛出一个物体,它才会绕地球表面运动,不会落下来?(变成了近地卫星)地球表面运动,不会落下来?(变成了近地卫星)(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量地球质量M=5.981024kg,地球半径地球半径R=6400km)探究问题一探究问题一 第一宇宙速度的推导第一宇宙速度的推导且且 r=R(地球近地卫星的线速度)(地球近地卫星的线速度)若不知道地球的质量若不知道地球的质量M,只知道地球表面重力加速度只知道地球表面重力加速度g=9.8m/s2,R=6400km,又该如何计算?,又该如何计算?地球表面附近,物体受到的重力等于地球对物体的引力,地球表面附近,物体受到的重力等于地球对物体的引力,此时重力提供向心力此时重力提供向心力1.第一宇宙速度既是第一宇宙速度既是最小最小的发射速度,也是的发射速度,也是最大最大的环绕速度。的环绕速度
2、。2.不同星体的第一宇宙速度不一样不同星体的第一宇宙速度不一样(1)发射速度:指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度发射速度:指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度.(2)运行速度:也叫环绕速度,是指卫星在进入运行轨道后绕运行速度:也叫环绕速度,是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。地球做匀速圆周运动的线速度。B 一、宇宙速度一、宇宙速度1.第一宇宙速度:第一宇宙速度:v1=7.9km/s它是人造卫星它是人造卫星在地面附近在地面附近绕地球做绕地球做匀速圆周匀速圆周运动的线速运动的线速度度 如果发射速度大于如果发射速度大于7.9km/s,而小于而小于11.2km/s,卫星将沿卫星将沿椭圆轨道绕地球运行,地心椭圆轨道绕地球运行,地心就成为椭圆轨道的一个焦点就成为椭圆轨道的一个焦点 当物体的速度大于或等于当物体的速度大于或等于11.2km/s时,卫星就会脱离地球的引时,卫星就会脱离地球的引力,不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到力,不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。第
3、二宇宙速度第二宇宙速度 如果物体的速度大于或等于如果物体的速度大于或等于16.7km/s,物体就摆脱了太阳引力,物体就摆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。宇宙速度。第三宇宙速度第三宇宙速度太阳太阳卫星指一些自然或人工的在太空中绕行星运动的物体。卫星指一些自然或人工的在太空中绕行星运动的物体。在地球上抛出的物体,在地球上抛出的物体,当它的速度足够大时,物当它的速度足够大时,物体就永远不会落到地面上,体就永远不会落到地面上,它将围绕地球旋转,成为它将围绕地球旋转,成为一颗绕地球运动的人造地一颗绕地球运动的人造地球卫星球卫星,简称人造卫星。简称人造卫星。人造地球卫星的人造地球卫星的发射发射设想图设想图v平抛平抛洲际洲际导弹导弹人造人造卫星卫星增大增大 发射速度发射速度足足够大才能逃离地面;够大才能逃离地面;发射发射人造人造地球地球卫星的卫星的最小速度最小速度有多大呢?有多大呢?发射速度越大,发射速度越大,卫星轨道离地表卫星轨道离地表越远!越远!是否存在平行于是否存在平行于其它纬度面的卫其它纬度
4、面的卫星轨道面?星轨道面?二、人造卫星二、人造卫星O1.1.所有人造卫星均有所有人造卫星均有 F F万万=F=F向向2.2.所有人造卫星的所有人造卫星的轨道圆心都是地心轨道圆心都是地心FF向向F同步卫星轨道同步卫星轨道地球同步卫星地球同步卫星 1.1.定义:地球同步卫星是保持在地球定义:地球同步卫星是保持在地球赤道的地面上空、赤道的地面上空、运行周期与地球的自转周期相同运行周期与地球的自转周期相同的人造地球卫星。的人造地球卫星。rRh始终相对地面静止,始终相对地面静止,与地球自转与地球自转“同步同步”轨道平面一定:赤道平面轨道平面一定:赤道平面周期一定:地球自转周期周期一定:地球自转周期24h角速度、线速度、向心加速度一定角速度、线速度、向心加速度一定高度一定:高度一定:绕行方向一定:与地球自转一致绕行方向一定:与地球自转一致同步卫星轨道同步卫星轨道rRh2.2.特点:特点:同步卫星通讯同步卫星通讯 单颗卫星信号所能覆盖的最大面积为地球表面的单颗卫星信号所能覆盖的最大面积为地球表面的单颗卫星信号所能覆盖的最大面积为地球表面的单颗卫星信号所能覆盖的最大面积为地球表面的42%42%左右。左
5、右。左右。左右。故需要故需要故需要故需要3 3颗同步卫星才能实现全球通讯颗同步卫星才能实现全球通讯颗同步卫星才能实现全球通讯颗同步卫星才能实现全球通讯。同步卫星只能分布在赤道正上方的一同步卫星只能分布在赤道正上方的一同步卫星只能分布在赤道正上方的一同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上,为了卫星之间不相互干扰,大约条圆弧上,为了卫星之间不相互干扰,大约条圆弧上,为了卫星之间不相互干扰,大约条圆弧上,为了卫星之间不相互干扰,大约3 3o o左右才能放置一颗卫星。左右才能放置一颗卫星。左右才能放置一颗卫星。左右才能放置一颗卫星。空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。三、卫星变轨问题三、卫星变轨问题VF万F万万F向向F万万F向向卫星变轨问题卫星变轨问题MmA点速度点速度内小外大内小外大(在(在A点看轨迹)点看轨迹)在在A点万有引力点万有引力相同相同AF万万=F向向人造卫星从人造卫星从低轨道低轨道 高轨道高轨道的完整过程的完整过程在在低轨道上加速低轨道上加速,使其沿,使其沿椭圆轨椭圆轨道道运行,当行至椭圆轨道的运行,当行至椭圆轨道的远点远点处
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