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高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行
7.4　宇宙航行
高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行
思考：你知道我国历史上有哪些和飞天有关的故事？
嫦娥奔月
鲁班造木鹊
万户飞天
高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行
讨论：在地球表面将一物体以较小的速率水平抛出，物体将落到地上；若物体以更大的初速度水平抛出时，物体将飞得更远；当物体以足够大的水平速度抛出时，物体将环绕地球运动。
(1)速度需要达到多大，物体才不会再落回地球表面？在不同的星球抛出去，使之不再回到星球表面，需要的速度一样吗？
(2)将卫星发射到更高的轨道上，需要的速度越大还是越小？
地球
一、宇宙速度
方法一：
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。
设地球质量为M，半径为R.人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r.
对于靠近地面的卫星， r 近似等于地球半径R，代入可以求出：
一、宇宙速度
方法二：卫星绕地球做圆周运动，重力提供向心力。
一、第一宇宙速度:
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的线速度，叫第一宇宙速度，也是地面附近的环绕速度。数值为7.9km/s。
它既是卫星绕地球运动的最大线速度,也是卫星发射的最小速度。
二、第二宇宙速度:
在地面附近发射物体使之克服地球的引力，离开地球的束缚所需的最小发射速度，其大小为11.2 km/s。当发射速度7.9 km/s一、宇宙速度
三、第三宇宙速度
当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。
二、人造卫星的运动规律
一、人造地球卫星
1、1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
2、1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。
3、为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。
二、人造卫星的三种轨道
(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。
(2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
(3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0°或90°)。
三、人造卫星的运行规律
设人造卫星的运行速度为v、角速度为ω、周期为T，向心加速度为an、轨道半径为r，地球质量为M，人造卫星做匀速圆周运动所需要的向心力由万有引力提供。即：
二、人造卫星的运动规律
二、人造卫星的运动规律
四、近地卫星、同步卫星及地球赤道上的物体的特点
1、近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R。
线速度大小v≈7.9 km/s、周期T≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期。
思考 ：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？
二、人造卫星的运动规律
2、地球同步卫星：周期与地球自转周期相同，其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向相同，相对地面静止，也称静止卫星。
练习：求同步卫星离地面高度
二、人造卫星的运动规律
同步卫星的六个“一定”
二、人造卫星的运动规律
三、卫星的变轨
当卫星由于某种原因速度突然改变时（开启或关闭发动机或空气阻力作用），万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运动。
Q
P
v3
v1
v2
v1____v2
v2____v3
v1____v3
>
<
>
比较v1、v2、v3的大小
v1>v3>v2
课堂练习
1、关于三个宇宙速度，下列说法正确的是(　　)
A.第一宇宙速度大小为7.9 km/h
B.绕地球运行的卫星，其环绕速度必定大于第一宇宙速度
C.第二宇宙速度为11.2 km/s，是绕地飞行器最大的环绕速度
D.在地面附近发射的飞行器速度等于或大于第三宇宙速度时，飞行器就能逃出太阳系了
D
课堂练习
A
课堂练习
3、(多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三者的运动情况，以下判断正确的是(　　)
A.三者的周期关系为TAB.三者向心加速度大小关系为aA>aB>aC
C.三者角速度的大小关系为ωA＝ωC<ωB
D.三者线速度的大小关系为vACD
课堂练习
4、一颗人造卫星的质量为m，离地面的高度为h，卫星做匀速圆周运动，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，求：
(1)卫星受到的向心力的大小；
(2)卫星的速率；
(3)地球的平均密度。
课堂练习

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