6.5《宇宙航行》課件.ppt

6 5宇宙航行 一 牛頓的設(shè)想 牛頓就曾設(shè)想 從高山上用不同的水平速度拋出物體 速度一次比一次大 則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn) 如不計(jì)空氣的阻力 當(dāng)速度足夠大時(shí) 物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來(lái) 而圍繞地球旋轉(zhuǎn) 成為一顆人造地球衛(wèi)星了 1 牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪 一 牛頓的設(shè)想 2 人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因 人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí) 只受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力作用 人造衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供 3 人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律設(shè)地球質(zhì)量為M 衛(wèi)星質(zhì)量為m 衛(wèi)星的繞行速度v 角速度 周期T與軌道半徑r的關(guān)系 1 繞行速度v與r的關(guān)系 2 角速度 與r的關(guān)系 3 周期T與r的關(guān)系 高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星 線(xiàn)速度小 角速度小 周期長(zhǎng) 線(xiàn)速度 角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系 練習(xí)1 對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星 1 離地面越高 向心力越 2 離地面越高 線(xiàn)速度越 3 離地面越高 周期越 4 離地面越高 角速度越 5 離地面越高 向心加速度越 小 大 小 小 小 練習(xí)2 兩顆人造地球衛(wèi)星 都在圓形軌道上運(yùn)行 它們的質(zhì)量不相等 軌道半徑之比r1 r2 1 4 則它們的 1 線(xiàn)速度大小之比v1 v2 2 周期之比T1 T2 4 地球同步衛(wèi)星 1 周期T 24h 2 軌道平面 赤道平面 4 R v T an 3 h 36000km 全部固定 如何求 相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星 又叫通訊衛(wèi)星 思考 同步衛(wèi)星的哪些物理量是不變的呢 同步衛(wèi)星又叫靜止軌道衛(wèi)星 通常用作通訊衛(wèi)星 結(jié)論 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度 并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng) 二 宇宙速度 討論 高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小 是否發(fā)射也容易呢 這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度 而不是運(yùn)行速度 分析 當(dāng)在地面附近繞地球運(yùn)行 軌道半徑r即為地球半徑R 人造衛(wèi)星發(fā)射速度與運(yùn)行速度 1 發(fā)射速度 指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的初速度 并且一旦發(fā)射后就再無(wú)能量補(bǔ)充 被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升一定的高度 進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道 2 環(huán)繞速度 是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度 當(dāng)衛(wèi)星 貼著 地面運(yùn)行時(shí) 運(yùn)行速度等于第一宇宙速度 注意 衛(wèi)星的實(shí)際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度 1 第一宇宙速度 地球半徑R 6400km 地球質(zhì)量M 5 98 1024kg 衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度 第一宇宙速度 最小的發(fā)射速度 最大的環(huán)繞速度 半徑最小 要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星 發(fā)射速度必須大于7 9km s 但所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度 在軌道上的速度 都必須小于7 9Km s 所以第一宇宙速度是 計(jì)算 如果衛(wèi)星發(fā)射速度大于7 9km s 而小于11 2km s 衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓 而是橢圓 地心就成為橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn) 練習(xí)3 人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T 84 6min 最小周期 問(wèn)題 能否發(fā)射一顆周期為 分鐘的人造衛(wèi)星 2 第二宇宙速度 大小 v 11 2km s意義 以這個(gè)速度發(fā)射 物體剛好能克服地球的引力作用 永遠(yuǎn)的離開(kāi)地球而繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) 也叫脫離速度 注意 發(fā)射速度大于7 9km s 而小于11 2km s 衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓 而是橢圓 等于或大于11 2km s時(shí) 衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力 不再繞地球運(yùn)行 3 第三宇宙速度 大小 v 16 7km s意義 以這個(gè)速度發(fā)射 物體剛好能擺脫太陽(yáng)引力的束縛而飛到太陽(yáng)系以外 也叫逃逸速度 注意 發(fā)射速度大于11 2km s 而小于16 7km s 衛(wèi)星繞太陽(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng) 成為一顆人造行星 如果發(fā)射速度大于等于16 7km s 衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛 飛到太陽(yáng)系以外的空間 三 夢(mèng)想成真 1957年10月 原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星 衛(wèi)星重83 6kg 每96min繞地球飛行一圈 請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識(shí)計(jì)算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少 衛(wèi)星距地面的高度是多少 衛(wèi)星的線(xiàn)速度是多少 世界航天 幾年之后 1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船 實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)第一次進(jìn)入太空 他的非凡勇氣 鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗 火箭點(diǎn)火起飛 飛船繞地球飛行一圈 歷時(shí)108分 然后重返大氣層 安全降落在地面 鑄就了人類(lèi)進(jìn)入太空的豐碑 世界航天 1969年7月20日 阿波羅11號(hào)將人類(lèi)送上了月球 當(dāng)時(shí) 上億人通過(guò)電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗 他在月球上邁出了一小步 確是人類(lèi)邁出的一大步 世界航天 航天飛機(jī)資料 可重復(fù)使用的用運(yùn)載火箭發(fā)射的飛行器 用于進(jìn)入地球軌道 在地球與軌道航天器之間運(yùn)送人員和物資 并滑翔降落于地面 1984年4月12日 第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)發(fā)射成功 世界航天 2003年2月1日 哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在重返地面的過(guò)程中突然發(fā)生解體燃燒 航天飛機(jī)上的七名宇航員 包括六名美國(guó)人及一名以色列人全部遇難 無(wú)數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類(lèi)通往宇宙的道路 世界航天 哈勃 太空望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)13 3米 直徑4 3米 重11 6噸 造價(jià)近30億美元 于1990年4月25日由美國(guó)航天飛機(jī)送上高590千米的太空軌道 哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來(lái)最大 最精確的天文望遠(yuǎn)鏡 它上面的廣角行星相機(jī)可拍攝到幾十到上百個(gè)恒星照片 其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上 其觀(guān)測(cè)能力等于從華盛頓看到1 6萬(wàn)千米外悉尼的一只螢火蟲(chóng) 世界航天 1975年 返回式遙感衛(wèi)星 中國(guó)第一顆返回式衛(wèi)星 用于對(duì)地觀(guān)測(cè) 運(yùn)行三天后按計(jì)劃返回地面 中國(guó)是第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家 1970年 東方紅 1號(hào) 中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星 中國(guó)是第五個(gè)能自行發(fā)射衛(wèi)星的國(guó)家 中國(guó)航天 1984年 試驗(yàn)通信衛(wèi)星 東方紅 2號(hào) 標(biāo)志著中國(guó)是世界上第5個(gè)能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家 通信衛(wèi)星 中國(guó)航天 飛船繞地球飛行14圈后 于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng) 這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想 標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)家 為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 中國(guó)航天 1992年 中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng) 2003年10月15日9時(shí) 我國(guó) 神舟 五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射 把中國(guó)第一位航天員楊利偉送人太空 伴隨著 神舟 五號(hào)的發(fā)射成功 中國(guó)已正式啟動(dòng) 嫦娥工程 開(kāi)始了宇宙探索的新征程 中國(guó)航天 中國(guó)航天 嫦娥工程 中國(guó)航天 世界航天 盡管人類(lèi)已經(jīng)跨入太空 登上月球 但是 相對(duì)于宇宙之宏大 地球和月亮不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵埃 相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng) 人類(lèi)歷史不過(guò)是宇宙年輪上一道小小的刻痕 宇宙留給人們的思考和疑問(wèn)深邃而廣闊 宇宙有沒(méi)有邊界 有沒(méi)有起始和終結(jié) 地外文明在哪里 愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò) 一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來(lái)自面對(duì)不解之謎 小結(jié) 一 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所