1、第五章 万有引力与航天,5.4 飞出地球去,中国人的飞天梦,外国人的“飞天”梦,月球也要受到地球引力的作用,为什么月球不会 落到地面上来?,由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力,用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.,牛顿人造卫星原理图,从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。,思考 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?,方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,方法二：地表附近，重力近似等于万有引力,三个宇宙速
2、度,g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：,由此可见：v=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度又叫地面附近的环绕速度。,地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？,第一宇宙速度,1、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；,2、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；,3、如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，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。,说明:,第一宇宙速度,若已知地球的质量为 半径R=6400km，引力常量G= 那么物
3、体在地球表面附近运行的周期是多少？,解：由牛顿第二定律和万有引力公式得,第一宇宙速度,=,v和T随h的变化是怎样变化的？v和T与卫星的质量有关吗？,三个宇宙速度- 第一宇宙速度,已知：地球质量M，半径R，卫星距地面高度h，引力常量G，探究卫星v和T。,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 m，,可见线速度和周期与轨道半径有关与卫星的质量无关。,第一宇宙速度,例1.某人在一星球上以速率 v 竖直上抛一物体,经时间 t 后,物体以速率 v 落回手中。已知该星球的半径为 R ,求该星球上的第一宇宙速度。,解析：星球表面的重力加速度：,该星球表面的第一宇宙速度为,第一宇宙速度为卫星在
4、其表面附近做匀速圆周运动的线速度卫星的重力提供向心力,则：,第二宇宙速度飞出地球去,使卫星能够逃离地球的引力作用的卫星发射速度 当物体的速度大于或等于11.2km/s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它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。,人类第一次登上月球,月球上的第一个人类脚印,第二宇宙速度飞出地球去,第三宇宙速度飞出太阳系,使卫星能够逃离太阳的引力作用的卫星发射速度如果物体的速度等于或大于16.7km/s，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。第三宇宙速度: 16.7km/s,“先驱者”号携带的地球人“名片”,第三宇宙速度飞出太阳系,
5、牌上画有代表地球人的裸体男女，男人举起右手表示向“太空人”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10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元素氢分子结构。,“地球之音”的内容包括用60余种语言问候的“你好”、中国的京剧和古曲高山流水，以及贝多芬的欢乐颂等名曲，130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，几亿甚至几十亿年都不会变形或变质。,第三宇宙速度飞出太阳系,1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载
6、人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。,1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。,1969年7月20日， 阿波罗11号将人 类送上了月球。,在火星上着陆的“勇气”号探测器,1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空,2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射成功,我国的航天成就,2003年10月15日神舟五号 杨利伟,2005年10月12日神舟六号 费俊龙 聂海胜,2007年10月24日 ,在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭将 “嫦娥一号”发射升空。,“嫦娥二号”于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空，并获得了圆满成功。,例2.探测器绕月球做
7、匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( ) A . 轨道半径变小 B . 向心加速度变小 C . 线速度变小 D . 角速度变小,整理得:,解析：万有引力提供向心力,则：,整理得：,可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B、C、D错误。,由：,A,1.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是( ) A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度,BC,课堂训练,2. 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨
8、道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ） A . b所需向心力最大 B . b、c周期相等，且大于a周期 C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度 D . b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度,BD,课堂训练,3.飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量( ) A.飞船的轨道半径 B.飞船的质量 C.飞船的运行周期 D.行星的质量,C,课堂训练,4.为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国发射了火星探测器“萤火一号”。假设当探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G。仅利用以上数据，可以计算出( ) A.火星的质量 B.火星对“萤火一号”的引力 C.“萤火一号”的质量 D.火星表面的重力加速度,AD,课堂训练,
