资源简介

(共21张PPT)
7.4宇宙航行
课堂引入
从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到天问一号的火星之旅，人类一直在为“飞天”梦想努力着。
创境激情 初步感知
若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样
牛顿的设想
英国科学家牛顿(1643-1727)
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想抛出速度足够大时，物体就不会落回地面。
创境激情 初步感知
P
探究1：物体以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星
F万
自主合作 探究规律
分组探究
方案二：
地球表面重力加速度g=9.8m/s2
地球半径
R=6400km
方案一：
地球质量M=5.98×1024kg 地球半径
R=6400km
方案一：
建立模型
自主合作 探究规律
(r=R)
万有引力提供物体作圆周运动的向心力
F引
方案二：
自主合作 探究规律
建立模型
在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 叫做第一宇宙速度（环绕速度）。
mg
自主合作 探究规律
探究3：第一宇宙速度究竟是最大速度还是最
小速度呢？
运行速度：
卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
卫星轨道越高,
运行速度就越小。
发射速度：
卫星在地面附近离开发射装置的初速度。卫星轨道越高,发射速度越大。
第一宇宙速度既是最小发射速度，
又是最大运行速度
牛顿的加农炮——
牛顿曾设想过一个理想实验：在山顶发射一枚炮弹，炮弹将落到地面上，发射速度越大，落地的水平距离越远。牛顿设想如果炮弹的初速度足够大，则炮弹将不会落回地面。那这个速度应该是多大呢？
近地卫星和宇宙速度
☆情境导入
在地球表面的物体，受到的地球的引力、太阳的引力分别为多大？
已知此物体的质量为1kg，地球质量为6×1024kg，地球半径为6400km，太阳质量为2×1030kg，日地距离约为1.5×108km，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2。计算结果说明什么？
☆交流讨论
近地卫星和宇宙速度
如果认为地面附近的物体只受地球的引力作用，如导入中的情景，如果物体不落回地面，则物体应该做什么运动？
近地卫星和宇宙速度
如果物体不落回地面，则会围绕地球表面做匀速圆周运动
物体围绕地球表面做匀速圆周运动时，哪个力为其提供向心力？根据动力学关系，你能得出什么结论？
近地卫星和宇宙速度
第一宇宙速度
如果卫星的发射初速度小于第一宇宙速度，卫星会怎样运动？
近地卫星和宇宙速度
如果速度 ，卫星受到的引力大于所需向心力，卫星将会做近心运动，落回地面。
近地卫星和宇宙速度
等于或大于第二宇宙速度，脱离地球的吸引
等于或大于第三宇宙速度，脱离太阳的吸引
如果卫星的发射初速度大于第一宇宙速度，卫星会怎样运动？
小于第二宇宙速度，绕地球的运行轨迹为椭圆
人造卫星的运动规律
卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力。F引 = F向
卫星的动力学方程 (r-V-ω-T的关系)
R为地球的半径，h为卫星距地面的高度
r=R+h
高轨低速长周期
卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定
宇宙速度
问题：按牛顿的设想，在忽略空气阻力的情况下，在地面上以越来越大的水平速度抛出物体，物体还做平抛运动吗？
问题：物体如果不落地，它将怎样运动？
匀速圆周运动
问题：物体绕地球做圆周运动的向心力由什么力提供？是否需要考虑太阳的引力？
讨论交流：
问题：物体绕地球做圆周运动时，物体还和地球一起自转吗？
不参与地球的自转,物体已离开地面
万有引力近似等于重力，提供物体做圆周运动的向心力
问题：请尝试推到物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
设：地球质量为M，物体质量为m，地球半径为r,运行速度为v,地球表面重力加速度为g
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：向心力由地球对卫星的万有 引力提供
方法一：
方法二：
第一宇宙速度
物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度
第一宇宙速度是在地面的最小发射速度，也是最大在轨运行速度。
练习.两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( )
A.周期之比T1∶T2=3∶1
B.线速度之比v1∶v2=3∶1
C.向心力之比F1∶F2=1∶9
D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
D
课堂小结
小结
1
2
3
近地卫星和宇宙速度
卫星的变轨
稳定运行的卫星

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