7/14/20251第七章

萬有引力與宇宙航行7.4宇宙航行行星的運(yùn)動

萬有引力定律

萬有引力理論的成就

宇宙航行相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性

7/14/20252溫故知新計算天體質(zhì)量的兩種方法一、星球表面，引力提供重力二、環(huán)繞運(yùn)動，引力提供向心力

7/14/20253情景導(dǎo)入火箭如何掙脫地球引力？衛(wèi)星為什么能繞地球飛行？長征二號F遙十九運(yùn)載火箭衛(wèi)星繞地球運(yùn)行7/14/20254宇宙速度1687年出版牛頓的設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次

比一次大，落地點也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。這個速度究竟有多大？7/14/20255宇宙速度思考：當(dāng)物體最少以多大的速度拋出時，它才會繞地球運(yùn)動而不會落下來？建立理想化模型：假設(shè)地球為均勻球體，忽略自轉(zhuǎn)，將物體繞地球的運(yùn)動簡化為勻速圓周運(yùn)動物體做勻速圓周運(yùn)動，萬有引力提供其所需的向心力，即方法一：

7/14/20256宇宙速度

已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2，地球質(zhì)量M=5.98×1024kg，物體到地球的距離r可近似由地球半徑R代替，地球半徑R=6.4×106m,代入這些數(shù)據(jù)，即可算出

7/14/20257宇宙速度物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動，忽略自轉(zhuǎn)的影響，可近似認(rèn)為向心力是由重力提供的，即方法二：

7/14/20258宇宙速度1、第一宇宙速度【計算式】或物體（人造衛(wèi)星或航天器）在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度。

7/14/20259宇宙速度當(dāng)物體的速度小于7.9km/s時，會落回地面；當(dāng)物體的速度等于7.9km/s時，會繞地球做勻速圓周運(yùn)動。若物體的速度大于7.9km/s時，物體會做什么運(yùn)動呢？理論研究指出，當(dāng)?shù)孛娓浇l(fā)射的飛行器速度大于7.9km/s，小于11.2km/s時繞地球運(yùn)行軌跡是橢圓。7/14/202510宇宙速度2、第二宇宙速度當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11.2km/s叫作第二宇宙速度。（脫離地球速度）

7/14/202511宇宙速度3、第三宇宙速度當(dāng)飛行器速度等于或大于16.7km/s時，就會掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，這個速度叫作第三宇宙速度。（逃逸速度）

7/14/202512宇宙速度宇宙速度數(shù)值物理意義第一宇宙速度7.9km/s（1）地球表面發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度（2）衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行速度第二宇宙速度11.2km/s掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度第三宇宙速度16.7km/s掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度三大宇宙速度的比較7/14/202513宇宙速度例1：以下關(guān)于宇宙速度的說法中正確的是()。A.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星發(fā)射時的最大速度B.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星運(yùn)行時的最小速度C.人造地球衛(wèi)星運(yùn)行時的速度一定小于第二宇宙速度D.地球上的物體無論具有多大的速度都不可能脫離太陽的束縛C第一宇宙速度是人造衛(wèi)星最小發(fā)射速度，做圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行速度7/14/202514人造地球衛(wèi)星東方紅一號1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，拉開了中國人探索宇宙奧秘、和平利用太空、造福人類的序幕。為我國航天事業(yè)作出特殊貢獻(xiàn)的科學(xué)家錢學(xué)森被譽(yù)為“中國航天之父”。7/14/202515人造地球衛(wèi)星同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星，位于赤道的正上方近地衛(wèi)星：軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，計算時軌道半徑近似取地球半徑

7/14/202516人造地球衛(wèi)星例2：如圖所示，赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體A、赤道上空的近地衛(wèi)星B、地球同步衛(wèi)星C，它們的運(yùn)動都可視為勻速圓周運(yùn)動，比較三個物體的運(yùn)動情況，以下判斷正確的是（

）。（多選）A.三者的周期關(guān)系為TA<TB<TCB.三者向心加速度大小關(guān)系為aA>aB>aCC.三者角速度的大小關(guān)系為ωA=ωC<ωBD.三者線速度的大小關(guān)系為vA<vC<vBCD7/14/202517載人航天與太空探索人類的載人航天與太空探索P61～P637/14/202518課堂小結(jié)宇宙航行宇宙速度人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索

7/14/202519課后練習(xí)1、關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是（

）。A.第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B.第一宇宙速度又叫脫離速度C.第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D.第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)A第一宇宙速度?環(huán)繞速度第二宇宙速度?脫離速度第三宇宙速度?逃逸速度7/14/202520課后練習(xí)2、關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是（

）。A.所有地球同步衛(wèi)星一定在赤道上空C.不同的地球同步衛(wèi)星的向心加速度大小不相等B.不同的地球同步