第一宇宙速度课件

5.4 5.4 飞出地球去飞出地球去12.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。1.1.了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。运动时，各物理量之间的关系。2问题引入问题引入 地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间。而会不断地探索新的天体和空间。齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基 现代航天学和火箭理论的奠基人现代航天学和火箭理论的奠基人 （1857.9.51857.9.51935.9.191935.9.19）3 19571957年年1010月月4 4日，前苏联在拜科努尔发射场发射了世日，前苏联在拜科努尔发射场发射了世界上第一颗人造地球卫星，并被送入轨道，人类从此进入界上第一颗人造地球卫星，并被送入轨道，人类从此进入了利用航天器探索外层空间的新时代。了利用航天器探索外层空间的新时代。卫星由镀铬合金制卫星由镀铬合金制成，重成，重83.683.6公斤，外表公斤，外表呈圆球形，直径厘呈圆球形，直径厘米，轨道远地点为米，轨道远地点为986.96986.96公里，近地点为公里，近地点为230.09230.09公里，每公里，每9696分钟分钟绕地球一周。绕地球一周。4 20032003年年1010月月1515日，日，“神舟神舟”5 5号飞船载着中国第一位号飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，标志着我国进入了载人航天时代。航天员杨利伟成功升空，标志着我国进入了载人航天时代。5 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？提出问题提出问题6牛顿的思考牛顿的思考与设想与设想 抛出的速度抛出的速度v v越大时，落地点越远，速度不断增大，越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？将会出现什么结果？牛顿的卫星发射原理图牛顿的卫星发射原理图7三个宇宙速度三个宇宙速度一、第一宇宙速度一、第一宇宙速度 卫星要具有多大的速度，才能环绕地球运动呢？卫星要具有多大的速度，才能环绕地球运动呢？8 设地球质量为设地球质量为M M，半径为，半径为R R。人造地球卫星在圆轨道上。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为运行，质量为m m，轨道半径为，轨道半径为r r。那么，在该轨道上做匀速。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度圆周运动的卫星的速度v v如何推算？如何推算？分析论证分析论证由由得卫星运动的速度得卫星运动的速度可见卫星离地心越远，它运行的速度越慢。可见卫星离地心越远，它运行的速度越慢。9 近地卫星飞行的高度一般为近地卫星飞行的高度一般为100100200km200km，与地球的半，与地球的半径径6370km6370km相比，完全可以用相比，完全可以用6370km6370km表示卫星到地心之间的表示卫星到地心之间的距离，即距离，即r r6370km6370km，近地面卫星的速度是多少呢？，近地面卫星的速度是多少呢？近地面卫星的速度是多少呢？近地面卫星的速度是多少呢？10近地面卫星的速度是多少呢？近地面卫星的速度是多少呢？这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度，又叫动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度，又叫地面附近的环绕速度。地面附近的环绕速度。11、如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地、如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地 面而不能绕地球运转；面而不能绕地球运转；、等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近做匀速、等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近做匀速圆周运动；圆周运动；3 3、如果大于、如果大于7.9km/s7.9km/s，而小于而小于11.2km/s11.2km/s，卫星将沿椭圆卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。说明说明:12探究一：若已知地球探究一：若已知地球的质的质量为量为半径半径R=6400kmR=6400km，引力常量，引力常量G=G=探究物探究物体在地球表面附近运行体在地球表面附近运行的周的周期期解解：由牛顿第二定律和万有引力公式得由牛顿第二定律和万有引力公式得13探探究二：究二：若若已已知地知地球表面的重力加球表面的重力加速度速度 地球地球的半的半径径R=6400kmR=6400km。探究物。探究物体在地球表面体在地球表面附近附近做做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）及周期。及周期。14 v v和和T T随随h h的变化是怎样变化的？的变化是怎样变化的？v v和和T T与卫星的质量有关与卫星的质量有关吗？吗？思考并猜想思考并猜想15探探究三究三:已知已知：地球质量：地球质量M M，半径，半径R R，卫星距地面，卫星距地面高度高度 h h，引力常量，引力常量G G，探究，探究卫星卫星v v和和T T。解：万有引力提供物体做圆周运动的向心力，解：万有引力提供物体做圆周运动的向心力，设卫星的质量为设卫星的质量为 m m，可见线速度和周期与轨道半径有关与卫星的质量无关。可见线速度和周期与轨道半径有关与卫星的质量无关。16地球地球动画演示动画演示R+hR+h越越大，大，T _ T _ V _V _越大越大越小越小17概念辨析概念辨析发射速度和运行速度发射速度和运行速度1 1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置 时的速度。时的速度。宇宙速度均指发射速度。宇宙速度均指发射速度。第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也 是环绕地球运行的最大速度。是环绕地球运行的最大速度。2 2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运 动的速度。动的速度。r r v v近地卫星近地卫星其他卫星其他卫星18二、第二宇宙速度二、第二宇宙速度飞出地球去飞出地球去使卫星能够逃离地球的引力使卫星能够逃离地球的引力作用作用的卫星发射速度的卫星发射速度 当物体的速度大于或等于当物体的速度大于或等于11.2km/s11.2km/s时，卫星就会挣脱时，卫星就会挣脱地球的引力束缚，不再绕地球运行，而是飞向太阳系的其地球的引力束缚，不再绕地球运行，而是飞向太阳系的其它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。19人类第一次登上月球人类第一次登上月球月球上的第一个人类脚印月球上的第一个人类脚印20三、第三宇宙速度三、第三宇宙速度飞出太阳系飞出太阳系使卫星能够逃离太阳的引力作用的卫星发射速度使卫星能够逃离太阳的引力作用的卫星发射速度 如果物体的速度等于或大于如果物体的速度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱，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。第了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。第三宇宙速度三宇宙速度:16.7km/s:16.7km/s21“先驱者先驱者”号携带的地球人号携带的地球人“名片名片”22 牌上画有代表地球人的裸体男女，男人举起右手表示牌上画有代表地球人的裸体男女，男人举起右手表示向向“太空人太空人”致意；人像背后为按比例绘制的先驱者号外致意；人像背后为按比例绘制的先驱者号外形，以示人体的大小；下方形，以示人体的大小；下方1010个圆圈表示太阳系，从左边个圆圈表示太阳系，从左边起最大的是太阳，第四个为地球，从其发出的曲线表示该起最大的是太阳，第四个为地球，从其发出的曲线表示该探测器的航行路线；左中部的辐射状符号表示地球人认识探测器的航行路线；左中部的辐射状符号表示地球人认识的物理学和天文学；左上部的两个符号表示地球上第一号的物理学和天文学；左上部的两个符号表示地球上第一号元素氢分子结构。元素氢分子结构。23 “地球之音地球之音”的内容包括用的内容包括用6060余种语言问候的余种语言问候的“你你好好”、中国的京剧和古曲、中国的京剧和古曲高山流水高山流水，以及贝多芬的，以及贝多芬的欢乐颂欢乐颂等名曲，等名曲，130130余张图片（包括万里长城）等。余张图片（包括万里长城）等。镀金铝板和喷金铜唱片经过特殊处理，几亿甚至几十亿镀金铝板和喷金铜唱片经过特殊处理，几亿甚至几十亿年都不会变形或变质。年都不会变形或变质。24地球同步卫星地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期它的周期T T2424。1.1.周期周期T=24hT=24h2.2.轨道平面在赤道平面内轨道平面在赤道平面内3.3.离地高度离地高度h=36000kmh=36000km4.r4.r、v v、T T、a an n“全部固定全部固定”25人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度请请单单击击不不同同的的抛抛射射速速度度26为了和平与进步为了和平与进步19611961年年4 4月月1212日苏联空日苏联空军少军少校加校加加林乘坐东方加林乘坐东方一号载人一号载人飞船飞船进入太空，进入太空，实现了人类进实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。19571957年年1010月，月，苏联发射第苏联发射第一颗人造地一颗人造地球卫星。球卫星。2719691969年年7 7月月2020日，日，阿阿波波罗罗1111号号将人将人类送上了类送上了月月球。球。在火星上着在火星上着陆的陆的“勇气勇气”号探测器号探测器2819701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射成功一号月球探测器发射成功我国的航天成就我国的航天成就2920032003年年1010月月1515日神日神舟舟五号五号 杨杨利伟利伟20052005年年1010月月1212日神日神舟舟六号六号 费俊龙费俊龙 聂海胜聂海胜3020082008年年9 9月月2525日神日神舟舟七号七号 翟志刚翟志刚 刘伯明刘伯明 景海鹏景海鹏31 20072007年年1010月月2424日日 ,在在西昌卫星发射中心由西昌卫星发射中心由“长长征三号甲征三号甲”运载火箭将运载火箭将 “嫦娥一号嫦娥一号”发射升空。发射升空。“嫦娥二号嫦娥二号”于于20102010年年1010月月1 1日日1818时时5959分分5757秒在秒在西昌卫西昌卫星发射中心星发射中心发射升空，并获发射升空，并获得了圆满成功。得了圆满成功。321 1、人造地球卫星的轨道半径越大，则、人造地球卫星的轨道半径越大，则()()A A、速度越小，周期越小、速度越小，周期越小B B、速度越小，加速度越小、速度越小，加速度越小C C、加速度越小、加速度越小,周期越大周期越大D D、角速度越小、角速度越小,加速度越大加速度越大BCBC332 2、两颗人造地球卫星质量之比、两颗人造地球卫星质量之比m m1 1mm2 2=12,=12,轨道半径之轨道半径之比比R R1 1RR2 2=31=31，下列有关数据之比正确的是，下列有关数据之比正确的是()()A A、周期之比、周期之比T T1 1TT2 2=31 =31 B B、线速度之比、线速度之比v v1 1vv2 2=31=31C C、向心力之比、向心力之比F F1 1FF2 2=19 =19 D D、向心加速度之比、向心加速度之比a a1 1aa2 2=19=19D D343 3、关于宇宙速度，下列说法正确的是（、关于宇宙速度，下列说法正确的是（）A.A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度A A354 4、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.A.它的运行速度小于它的运行速度小于7.9km/s7.9km/sB.B.它的运行速度大于它的运行速度大于7.9km/s 7.9km/s C.C.它的周期是它的周期是24h24h，且轨道平面与赤道平面重合，且轨道平面与赤道平面重合D.D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的ACDACD36 宇宙速度宇宙速度 第第一宇宙速度：一宇宙速度：v v7.9km7.9kms s，是，是卫星发卫星发射的最小速射的最小速 度度，是卫星绕地球运行的最大速度。，是卫星绕地球运行的最大速度。第第二宇宙速度：二宇宙速度：v v11.2km11.2kms s，是卫星挣脱地球，是卫星挣脱地球束缚束缚 的的最小最小发射速度。发射速度。第第三宇宙速度三宇宙速度:v:v16.7km16.7kms s，是挣脱太阳束缚，是挣脱太阳束缚的最的最 小小发射速度。发射速度。航天发展史航天发展史37不是每一粒种子都能发芽，不是每一段路程都铺满鲜花，不过不要忘记，乌云遮不住太阳的光华。38