第5节宇宙航行 南京师范大学物科院杨绍兰 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 第5节 宇宙航行 南京师范大学物科院 杨绍兰
万户飞天 的 天 决 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 中 国 人 的 飞 天 梦 外国人的“飞天”梦
F□ 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 飞天之梦的历史
牛顿关于卫星的设想 问地面上抛出的物体 题由于受到地球引力 情的作用最终都要落 境回到地面 问题: 1月球也要受到地球引力的作用为什么月亮不 会落到地面上来? 白于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到 的地球引力即重力)用来充当绕地球运转的向心力故月球 不会落到地面上来 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 问题: 一、牛顿关于卫星的设想 地面上抛出的物体, 由于受到地球引力 的作用,最终都要落 回到地面。 1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不 会落到地面上来? 问 题 情 境 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(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球 不会落到地面上来
牛顿关于卫星的设想 问物体做平抛运动时水平速度越大,飞行的水 题平距离越远 情境 O 问题 B 2若抛出物体的水平初速度足够大物体将会怎 样?试大胆猜想。 由于地球是一个圆球当平抛的水平初速度足够大时物体 飞行的距离也很大,故物体不能再落回地面而成为一颗绕 地球运转的卫星 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 一、牛顿关于卫星的设想 物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水 平距离越远。 2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎 样?试大胆猜想。 由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体 飞行的距离也很大, 故物体不能再 落回地面,而成为一颗绕 地球运转的卫星. A B C O V0 问题 D : 问 题 情 境
牛顿关于卫星的设想 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 颗永远绕地球运动的人造卫星 牛顿人造卫星原理 人造卫星原理图 在1687年出版的《原矍》中,牛頓设想,抛出 速度偎火对,物体就不会落回她面 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 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。 牛顿人造卫星原理 图 一、牛顿关于卫星的设想
、宇宙速度 思考? 1.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? 推导方法一:万有引力提供物体作圆周运动的向心力 GMm GM 2 R R R 推导方法二:地表附近,重力近似等玉万有引力 GMm R2-mg=mR,R-=GM,V=yR g=9.8ms2,R=6400km,代入数据得:y=79m/s 人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。 如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面; 如果发射速度等于第一宇宙速度,卫星刚好能贴着地球表面作 匀速圆周运动。 所以,第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 思考？ 1. 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? 推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力 R GM v R v m R GMm = , = 2 2 , 2 2 R v mg m R GMm = = , 2 gR = GM g=9.8m/s2 ，R=6400km，代入数据得： v = 7.9km/s 推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力 v = gR 人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。 如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面; 如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作 匀速圆周运动。 所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。 二、宇宙速度
宇宙速度 问题:若卫星的发射速度大于79km/s,会怎样呢? 第三宇宙速度物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度.( 速度) V=16.7km/s V=7.9km/ 11.2km/s 第二宇宙速度:物体克服地球引力永远脱离地球的速度.(脱离 速度) 第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做勾速圆周运动的速度.(环 绕速度) 抛射速度 11.2 km/s >v>7.9 km/s 绕地球运动的轨迹就不再是圆,而是椭 园,发射速度越大,椭圆轨道越“扁 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 问题: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？ 第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. （脱离 速度） 第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (逃逸 速度) 11.2 km/s >V > 7.9 km/s V = 16.7 km/s V = 7.9km/s V = 11.2 km/s 绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭 圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （环 绕速度） 二、宇宙速度
宇宙速度 1、当发射速度为7.%km/s, 物体怡好环绕地球表面做圆周运动; 2、当发射速度大于7.%km/s时: ①7.%km/s<W11.2km/s,但环绕速度<79km/s 物体仍绕地球运行,但径迹是椭圆; ②11.2km/s<16.7km/s 物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行 ③v16.7km/s 物体脱离太阳的吸引,而成为自由天体。 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 1、当发射速度为7.9km/s, 物体恰好环绕地球表面做圆周运动； 2、当发射速度大于7.9km/s 时： ① 7.9km/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。 二、宇宙速度
、人造地球卫星运行的规律 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 环绕速度v, 转动半径r(或R+hh为离地的高度) 转动周期7 将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动,则卫 星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系: Mm 4丌 m-=mor=m-or=man GM GM 即p∝ 即∝ GM T T 即a GM 南京师范大学物科院杨绍兰
南京师范大学物科院 杨绍兰 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 环绕速度v, 转动半径r(或R+h,h为离地的高度) 转动周期T. 将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫 星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系： 三、人造地球卫星运行的规律 m an r T m r m r v m r Mm G = = = ) = 4 ( 2 2 2 2 2 r v r GM v 1 = ,即 3 3 1 , r r GM = 即 3 2 3 , 4 T r GM r T = 即 2 2 1 , r a r GM a = 即