第三章·萬有引力定律第四節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度第三章·萬有引力定律11957年10月4日，蘇聯(lián)將人類第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道。1970年4月24日，中國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”。1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員加加林乘“東方-1”號(hào)宇宙飛船完成了人類歷史上的首次太空飛行。1969年7月16日，美國宇航員阿姆斯特朗、奧爾德林、科林斯乘“阿波羅11號(hào)”飛船第一次登上月球。2003年10月15日，楊利偉乘“神州5號(hào)飛船”飛上太空，成為中國進(jìn)入太空第一人。2007年10月24日，中國第一顆月球衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射成功。1957年10月4日，蘇聯(lián)將人類第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道。2我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型3影響衛(wèi)星發(fā)射速度的因素極多：燃料能量地球自轉(zhuǎn)發(fā)射點(diǎn)緯度星球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)燃料燃燒消耗質(zhì)量的變化星箭分離的影響天氣變化大氣阻力...........火箭的發(fā)射方向影響衛(wèi)星發(fā)射速度的因素極多：燃料能量地球自轉(zhuǎn)發(fā)射點(diǎn)緯度星球自4牛頓的手稿<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>一、衛(wèi)星的發(fā)射牛頓對發(fā)射人造衛(wèi)星的構(gòu)想：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落點(diǎn)也就一次比一次離山腳遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來，它將繞地球旋轉(zhuǎn)成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星。牛頓的手稿<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>一、衛(wèi)星的發(fā)射牛頓對發(fā)射5在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落回地面上，它將圍地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星簡稱人造衛(wèi)星。一、衛(wèi)星的發(fā)射在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落回地6想一想:物體初速度達(dá)到多大時(shí)就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢?常識(shí)：向空中扔一塊石頭，扔出速度越大，石頭上升高度越高，石頭離開手后，向上做減速運(yùn)動(dòng)。想一想:常識(shí)：向空中扔一塊石頭，扔出速度越大，石頭上升高度越7請問：哪種衛(wèi)星是最容易發(fā)射成功的衛(wèi)星？高度最低的衛(wèi)星，即近地衛(wèi)星。近地衛(wèi)星離地面的高度相比地球半徑小得多，可以忽略衛(wèi)星高度，即忽略衛(wèi)星從發(fā)射到軌道間的減速過程，即發(fā)射速度近似等于近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度。請問：哪種衛(wèi)星是最容易發(fā)射成功的衛(wèi)星？高度最低的衛(wèi)星，即近地8衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?yàn)樾l(wèi)星的萬有引力提供。ROvF注意黃金代換的應(yīng)用r≈R若發(fā)射速度大于7.9km/s，則衛(wèi)星才能圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)；若發(fā)射速度小于7.9km/s，則發(fā)射不可能成功，衛(wèi)星會(huì)落回地面。所以：把v1=7.9km/s叫第一宇宙速度，它是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，它等于近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，所以第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度。另：該速度的求解方法也可以近似為：衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?yàn)樾l(wèi)星的萬有引力提供。ROv9若想把衛(wèi)星送到更高的軌道，則需要的發(fā)射速度就越大。使衛(wèi)星脫離地球的引力束縛，不再繞地球運(yùn)行，從地球表面發(fā)射需要的最小發(fā)射速度叫做第二宇宙速度意義：物體剛好能克服地球的引力作用，離開地球而繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度。大?。簐=11.2km/s第二宇宙速度（脫離速度）若想把衛(wèi)星送到更高的軌道，則需要的發(fā)射速度就越大。使衛(wèi)星脫離10意義：物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外的速度。2.第三宇宙速度（逃逸速度）大小：v3=16.7km/s意義：物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外的速度。211教科版高中物理必修2課件-3-人造衛(wèi)星-宇宙速度課件121．我們在推導(dǎo)第一宇宙速度的公式v＝時(shí)，需要做一些假設(shè)和選擇一些理論依據(jù)，下列必要的假設(shè)和理論依據(jù)有()．A．衛(wèi)星做半徑等于2倍地球半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng)B．衛(wèi)星所受的重力全部作為其所需的向心力C．衛(wèi)星所受的萬有引力僅有一部分作為其所需的向心力D．衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期必須等于地球的自轉(zhuǎn)周期B1．我們在推導(dǎo)第一宇宙速度的公式v＝時(shí)，需要13【例1】恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星.中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人.若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為()A.7.9km/sB.16.7km/sC.2.9×104km/sD.5.8×104km/sD【例1】恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”14二、衛(wèi)星的運(yùn)行衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，由于萬有引力的方向總是指向地心，所以衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)的軌道圓心一定在地球球心處。注意：絕不可能有軌道圓心在地軸上（非地心）的衛(wèi)星二、衛(wèi)星的運(yùn)行衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引15教科版高中物理必修2課件-3-人造衛(wèi)星-宇宙速度課件16衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：總結(jié)：離地面越高的衛(wèi)星，線速度v越小，角速度ω越小，周期T越大，向心加速度a向越小，即轉(zhuǎn)得越慢。衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：總結(jié)17由以上結(jié)論判斷：哪種衛(wèi)星是運(yùn)行速度最大的衛(wèi)星？近地衛(wèi)星，其他更高的衛(wèi)星運(yùn)行速度更小。所以：第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，是衛(wèi)星的最大運(yùn)行速度。由以上結(jié)論判斷：哪種衛(wèi)星是運(yùn)行速度最大的衛(wèi)星？近地衛(wèi)星，其他18典例、2012年4月30日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的中圓軌道衛(wèi)星，其軌道半徑為2.8×107m。它與另一顆同質(zhì)量的同步軌道衛(wèi)星（軌道半徑為4.2×107m）相比（）A.向心力較小B.速度較大C.發(fā)射速度都是第一宇宙速度D.角速度較小B典例、2012年4月30日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的中圓軌道衛(wèi)星，19兩種特殊衛(wèi)星1、近地衛(wèi)星特點(diǎn)：r=R環(huán)繞平面：以地心為圓心的任意平面運(yùn)行速度：環(huán)繞周期：除近地衛(wèi)星外，其他地球衛(wèi)星線速度均小于7.9km/s，周期均大于84min。兩種特殊衛(wèi)星1、近地衛(wèi)星特點(diǎn)：r=R環(huán)繞平面：以地心為圓心的202、同步衛(wèi)星特點(diǎn)：環(huán)繞周期T=24h定環(huán)繞平面：赤道平面上定軌道半徑：衛(wèi)星高度：運(yùn)行速度：環(huán)繞角速度：與地球自轉(zhuǎn)角速度相同。地面：衛(wèi)星：或2、同步衛(wèi)星特點(diǎn)：環(huán)繞周期T=24h定環(huán)繞平面：赤道平面上定21三、衛(wèi)星的變軌是否了解，嫦娥一號(hào)是怎樣發(fā)射到月球表面的？1、衛(wèi)星的變軌三、衛(wèi)星的變軌是否了解，嫦娥一號(hào)是怎樣發(fā)射到月球表面的？1、222、航天器的追及思考：“神州九號(hào)”如何追上“天宮一號(hào)”與其實(shí)現(xiàn)交匯對接？從較高軌道上加速追趕？從同軌道上加速追趕？從較低軌道上加速追趕？√××2、航天器的追及思考：“神州九號(hào)”如何追上“天宮一號(hào)”與其實(shí)23例題、"神州七號(hào)"飛船在太空運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法錯(cuò)誤的是（）A、航天員在軌道艙內(nèi)能利用彈簧拉力器進(jìn)行體能鍛煉B、因?yàn)楹教靻T不受重力，所以不能用臺(tái)秤測量自身體重C、航天員能夠在軌道艙內(nèi)演示牛頓第三定律實(shí)驗(yàn)D、懸浮在軌道艙內(nèi)的水呈圓球狀E、航天員出艙后，手中舉起的五星紅旗迎風(fēng)飄揚(yáng)F、從飛船外自由釋放的伴飛小衛(wèi)星與飛船線速度相等G、神州七號(hào)與天宮一號(hào)對接后，因?yàn)橘|(zhì)量變大，則連接體繞地球的環(huán)繞速度變小BEG例題、"神州七號(hào)"飛船在太空運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法錯(cuò)誤的是（24第三章·萬有引力定律第四節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度第三章·萬有引力定律251957年10月4日，蘇聯(lián)將人類第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道。1970年4月24日，中國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”。1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員加加林乘“東方-1”號(hào)宇宙飛船完成了人類歷史上的首次太空飛行。1969年7月16日，美國宇航員阿姆斯特朗、奧爾德林、科林斯乘“阿波羅11號(hào)”飛船第一次登上月球。2003年10月15日，楊利偉乘“神州5號(hào)飛船”飛上太空，成為中國進(jìn)入太空第一人。2007年10月24日，中國第一顆月球衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射成功。1957年10月4日，蘇聯(lián)將人類第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道。26我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型27影響衛(wèi)星發(fā)射速度的因素極多：燃料能量地球自轉(zhuǎn)發(fā)射點(diǎn)緯度星球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)燃料燃燒消耗質(zhì)量的變化星箭分離的影響天氣變化大氣阻力...........火箭的發(fā)射方向影響衛(wèi)星發(fā)射速度的因素極多：燃料能量地球自轉(zhuǎn)發(fā)射點(diǎn)緯度星球自28牛頓的手稿<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>一、衛(wèi)星的發(fā)射牛頓對發(fā)射人造衛(wèi)星的構(gòu)想：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落點(diǎn)也就一次比一次離山腳遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來，它將繞地球旋轉(zhuǎn)成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星。牛頓的手稿<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>一、衛(wèi)星的發(fā)射牛頓對發(fā)射29在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落回地面上，它將圍地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星簡稱人造衛(wèi)星。一、衛(wèi)星的發(fā)射在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落回地30想一想:物體初速度達(dá)到多大時(shí)就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢?常識(shí)：向空中扔一塊石頭，扔出速度越大，石頭上升高度越高，石頭離開手后，向上做減速運(yùn)動(dòng)。想一想:常識(shí)：向空中扔一塊石頭，扔出速度越大，石頭上升高度越31請問：哪種衛(wèi)星是最容易發(fā)射成功的衛(wèi)星？高度最低的衛(wèi)星，即近地衛(wèi)星。近地衛(wèi)星離地面的高度相比地球半徑小得多，可以忽略衛(wèi)星高度，即忽略衛(wèi)星從發(fā)射到軌道間的減速過程，即發(fā)射速度近似等于近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度。請問：哪種衛(wèi)星是最容易發(fā)射成功的衛(wèi)星？高度最低的衛(wèi)星，即近地32衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?yàn)樾l(wèi)星的萬有引力提供。ROvF注意黃金代換的應(yīng)用r≈R若發(fā)射速度大于7.9km/s，則衛(wèi)星才能圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)；若發(fā)射速度小于7.9km/s，則發(fā)射不可能成功，衛(wèi)星會(huì)落回地面。所以：把v1=7.9km/s叫第一宇宙速度，它是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，它等于近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，所以第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度。另：該速度的求解方法也可以近似為：衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?yàn)樾l(wèi)星的萬有引力提供。ROv33若想把衛(wèi)星送到更高的軌道，則需要的發(fā)射速度就越大。使衛(wèi)星脫離地球的引力束縛，不再繞地球運(yùn)行，從地球表面發(fā)射需要的最小發(fā)射速度叫做第二宇宙速度意義：物體剛好能克服地球的引力作用，離開地球而繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度。大?。簐=11.2km/s第二宇宙速度（脫離速度）若想把衛(wèi)星送到更高的軌道，則需要的發(fā)射速度就越大。使衛(wèi)星脫離34意義：物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外的速度。2.第三宇宙速度（逃逸速度）大?。簐3=16.7km/s意義：物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外的速度。235教科版高中物理必修2課件-3-人造衛(wèi)星-宇宙速度課件361．我們在推導(dǎo)第一宇宙速度的公式v＝時(shí)，需要做一些假設(shè)和選擇一些理論依據(jù)，下列必要的假設(shè)和理論依據(jù)有()．A．衛(wèi)星做半徑等于2倍地球半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng)B．衛(wèi)星所受的重力全部作為其所需的向心力C．衛(wèi)星所受的萬有引力僅有一部分作為其所需的向心力D．衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期必須等于地球的自轉(zhuǎn)周期B1．我們在推導(dǎo)第一宇宙速度的公式v＝時(shí)，需要37【例1】恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星.中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人.若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為()A.7.9km/sB.16.7km/sC.2.9×104km/sD.5.8×104km/sD【例1】恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”38二、衛(wèi)星的運(yùn)行衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，由于萬有引力的方向總是指向地心，所以衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)的軌道圓心一定在地球球心處。注意：絕不可能有軌道圓心在地軸上（非地心）的衛(wèi)星二、衛(wèi)星的運(yùn)行衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引39教科版高中物理必修2課件-3-人造衛(wèi)星-宇宙速度課件40衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：總結(jié)：離地面越高的衛(wèi)星，線速度v越小，角速度ω越小，周期T越大，向心加速度a向越小，即轉(zhuǎn)得越慢。衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：總結(jié)41由以上結(jié)論判斷：哪種衛(wèi)星是運(yùn)行速度最大的衛(wèi)星？近地衛(wèi)星，其他更高的衛(wèi)星運(yùn)行速度更小。所以：第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，是衛(wèi)星的最大運(yùn)行速度。由以上結(jié)論判斷：哪種衛(wèi)星是運(yùn)行速度最大的衛(wèi)星？近地衛(wèi)星，其他42典例、2012年4月30日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的中圓軌道衛(wèi)星，其軌道半徑為2.8×107m。它與另一顆同質(zhì)量的同步軌道衛(wèi)星（軌道半徑為4.2×107m）相比（）A.向心力較小B.速度較大C.發(fā)射速度都是第一宇宙速度D.角速度較小B典例、2012年4月30日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的中圓軌道衛(wèi)星，43兩種特殊衛(wèi)星1、近地衛(wèi)星特點(diǎn)：r=R環(huán)繞平面：以地心為圓心的任意平面運(yùn)行速度：環(huán)繞周期：除近地衛(wèi)星外，