宇宙航行優(yōu)秀課件

1、6.5 宇宙航行 6.5 宇宙航行 創(chuàng)創(chuàng) 設(shè)設(shè) 情情 境境 6.5 宇宙航行 問題問題: : 一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 地面上拋出的物 體,由于受到地球引 力的作用,最終都要 落回到地面。 1. 1.月球也要受到地球引力的作用月球也要受到地球引力的作用, ,為什么月亮為什么月亮 不會落到地面上來不會落到地面上來? ? 由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉(zhuǎn)由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉(zhuǎn), ,此時月球受此時月球受 到的地球引力到的地球引力( (即重力即重力),),用來充當(dāng)繞地球運轉(zhuǎn)的向心力用來充當(dāng)繞地球運轉(zhuǎn)的向心力, ,故故 月球不會落到地面上來月球不會落到地面上來. . 問問 題題 探探 究

2、究 6.5 宇宙航行 0 v A BCD 讓物體做平拋運動初速度逐漸增大讓物體做平拋運動初速度逐漸增大 O科科 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 想想 6.5 宇宙航行 一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 物體做平拋運動時物體做平拋運動時, ,水平速度越大，飛行水平速度越大，飛行 的水平距離越遠。的水平距離越遠。 2. 2.若拋出物體的水平初速度足夠大若拋出物體的水平初速度足夠大, ,物體將會物體將會 怎樣怎樣? ?試大膽猜想。試大膽猜想。 ABC O V0 D 問題問題: : 問問 題題 探探 究究 6.5 宇宙航行 從高山上水平拋出物體，速從高山上水平拋出物體，速 度越大，落地點離山腳越遠。如果沒度越大，落地點離山腳越遠。

3、如果沒 有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體 就永遠不會落到地面上來，它將圍繞就永遠不會落到地面上來，它將圍繞 地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠繞地球運動地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠繞地球運動 的人造衛(wèi)星。的人造衛(wèi)星。 一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 地球 問問 題題 歸歸 納納 6.5 宇宙航行 問問 題題 探探 究究 6.5 宇宙航行 思考？思考？ 以多大的速度將物體拋出，以多大的速度將物體拋出， 它才會成為繞地球表面運動它才會成為繞地球表面運動 的衛(wèi)星的衛(wèi)星? 合合 作作 探探 究究 6.5 宇宙航行 探究二探究二 若已知：地球表 若已知：地球表 面重力加速度面重力加速度 地球的半徑

4、地球的半徑R=6400kmR=6400km 探究探究：物體在地球表面物體在地球表面 附近做勻速圓周運動的附近做勻速圓周運動的 線速度及周期線速度及周期 探究一探究一 若已知：地球的若已知：地球的 質(zhì)量為質(zhì)量為 半徑半徑R=6400km，引力常，引力常 量量G= 探究探究：物體在地球表面附物體在地球表面附 近做勻速圓周運動的線速近做勻速圓周運動的線速 度及周期度及周期 2211 1067. 6 kgNm 2 8 . 9 msg 合作探究合作探究 kgM 24 1098. 5 6.5 宇宙航行 探究一探究一 若已知：地球的質(zhì)量為若已知：地球的質(zhì)量為 半徑半徑R=6400km，引力常量，引力常量G=

5、 探究：物體在地球表面附近運行的線速度探究：物體在地球表面附近運行的線速度 （第一宇宙速度）及周期（第一宇宙速度）及周期 2211 1067. 6 kgNm 2 2 MmV Gm RR = 7.9km/ GM vs R = 2 22 4Mm GmR RT = =84.6min 解：解： GM R T 3 2 kgM 24 1098. 5 6.5 宇宙航行 探究二探究二 若已知：地球表面的重力加若已知：地球表面的重力加 速度速度g= 地球的半徑地球的半徑R=6400km 探究：物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線速度及周期探究：物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線速度及周期 2 8 . 9 ms

6、 skmgv/9 . 7R 解：解： 2 g R T = 2 2 T mRmg =84.6min R v mmg 2 6.5 宇宙航行 (1)(1)如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度， 衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn)；衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn)； (2)(2)等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表 面附近作勻速圓周運動；面附近作勻速圓周運動； 二、宇宙速度二、宇宙速度 第一宇宙速度第一宇宙速度 人們把人們把7.97.9km/skm/s這個速度稱作第一宇宙速度這個速度稱作第一宇宙速度, , 又叫環(huán)繞速度。又叫環(huán)繞速度。 問問 題題 歸歸

7、納納 所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。 它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動 所必須具備的速度所必須具備的速度 6.5 宇宙航行 速度在速度在v=7.9km/s的基礎(chǔ)上繼續(xù)增的基礎(chǔ)上繼續(xù)增 大，物體做什么樣的運動呢？大，物體做什么樣的運動呢？ 橢圓運動橢圓運動 設(shè)設(shè) 置置 問問 題題 6.5 宇宙航行 自自 主主 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 1.第二宇宙速度是多少？它的意義是什么？第二宇宙速度是多少？它的意義是什么？ 3.第三宇宙速度是多少？它的意義是什么？第三宇宙速度是多少？它的意義是什么？ 第三

8、宇宙速度第三宇宙速度: v16.7kms， 是掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的最是掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的最 小發(fā)射速度。小發(fā)射速度。 （脫離速度）（脫離速度） （逃逸速度）（逃逸速度） 地地 6.5 宇宙航行 1 1、當(dāng)發(fā)射速度為、當(dāng)發(fā)射速度為7.9km/s,7.9km/s, 物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動；物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動； 2 2、當(dāng)、當(dāng)發(fā)射速度發(fā)射速度大于大于7.9km/s 7.9km/s 時：時： 7.9km/s 7.9km/sV11.2km/s,11.2km/s, 物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓；物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓； 11.2km/s 11.2km

9、/sV16.7km/s16.7km/s 物體脫離地球的吸引而圍繞太陽運行；物體脫離地球的吸引而圍繞太陽運行； V16.7km/s16.7km/s 物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。 二、宇宙速度 問問 題題 歸歸 納納 6.5 宇宙航行 1 1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）: :就是物體在地就是物體在地 面附近繞地球做勻速圓周運動的速度面附近繞地球做勻速圓周運動的速度V=7.9km/sV=7.9km/s，若，若 7.9km/sv11.2km/s 7.9km/sv11.2km/s ，它繞地球運動的軌跡是橢圓，它繞地球運動的軌跡是橢圓.

10、. ( (最大環(huán)繞速度最大環(huán)繞速度,最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度) ) 2 2、第二宇宙速度（脫離速度）：、第二宇宙速度（脫離速度）：當(dāng)物體的速度當(dāng)物體的速度 大于或等于大于或等于11.2km/s11.2km/s時，衛(wèi)星克服地球的引力，永時，衛(wèi)星克服地球的引力，永 遠離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達遠離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達 到第二宇宙速度的還受到太陽的引力。到第二宇宙速度的還受到太陽的引力。 3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物體的速如果物體的速 度等于或大于度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束，物體就擺

11、脫了太陽引力的束 縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個速度縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個速度 叫第三宇宙速度。叫第三宇宙速度。 6.5 宇宙航行 3.對于其他的星球，以上三個宇宙速對于其他的星球，以上三個宇宙速 度是否變化呢？度是否變化呢？ 變化，不同星球的宇宙速度一般變化，不同星球的宇宙速度一般 是不一樣的是不一樣的 例如：地球的第一宇宙速度是例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s 金星的第一宇宙速度是金星的第一宇宙速度是7.3km/s 7.9km/ GM vs R = 問問 題題 探探 究究 6.5 宇宙航行 注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念 運行速度

12、運行速度 指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度 發(fā)射速度發(fā)射速度指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度 V 運行 V1=7.9km/s （第一宇宙速度）（第一宇宙速度） 最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度 最大運行速度最大運行速度 人造衛(wèi)星的人造衛(wèi)星的r r大大, , 需要的需要的v v發(fā)射 發(fā)射大；而 大；而v v運行 運行卻小 卻小 V發(fā)射 發(fā)射速度和運行速度發(fā)射速度和運行速度 注意：宇宙速度均指發(fā)射速度注意：宇宙速度均指發(fā)射速度 概概 念念 辨辨 析析 6.5 宇宙航行 衛(wèi)星的運動規(guī)律衛(wèi)星的運動規(guī)律 2 23 (2)

13、 : MmGM Gmr rr 衛(wèi)地地 衛(wèi) 由得 2 2 (1) : MmGMv Gmv rrr 衛(wèi)地地 衛(wèi) 由得 23 22 4 2(3) : Mmr GmrT rTGM 衛(wèi)地 衛(wèi) 地 由得 可見：可見：v v、T T 與與 r r 為為 一一 一對應(yīng)關(guān)系一對應(yīng)關(guān)系 r為衛(wèi)星的軌道半徑為衛(wèi)星的軌道半徑r=R地 地+h歸歸 納納 總總 結(jié)結(jié) 6.5 宇宙航行 反饋練習(xí)： 1. 宇宙速度宇宙速度 BC 小結(jié)：第一宇宙速度是發(fā)射的最小速度，是 使衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大速度 6.5 宇宙航行 B 6.5 宇宙航行 A 2.v、T與半徑的關(guān)系與半徑的關(guān)系 小結(jié)：小結(jié)： v、隨半徑的增大而減小，隨半徑

14、的增大而減小，T隨隨 半徑的增大而增大（注：對半徑的增大而增大（注：對同一同一中心天體）中心天體） 6.5 宇宙航行 D 2: 1:, 1 : 4: BABA vvRR 1 : 2:, 1 : 4: BABA vvRR 1 : 2:, 4: 1: BABA vvRR 2: 1:, 4: 1: BABA vvRR 6.5 宇宙航行 三、人造衛(wèi)星三、人造衛(wèi)星 1. 軌道中心軌道中心 地心地心 2. _ 提供向心力提供向心力 萬有引力萬有引力 地球地球 合合 作作 探探 究究 6.5 宇宙航行 如圖所示，如圖所示，A、B、C、D四條軌四條軌 道中不能作為衛(wèi)星軌道的是哪條？道中不能作為衛(wèi)星軌道的是哪條

15、？ 提示：衛(wèi)星作圓周運動的提示：衛(wèi)星作圓周運動的 向心力必須指向地心向心力必須指向地心 合合 作作 探探 究究 6.5 宇宙航行 所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上 6.5 宇宙航行 相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi) 星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。 對于同步衛(wèi)星的對于同步衛(wèi)星的 發(fā)射及軌道定位發(fā)射及軌道定位 有什么要求呢，有什么要求呢， 怎樣才能保持與怎樣才能保持與 地球同步呢？地球同步呢？ 地球同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星： 6.5 宇宙航行 反反 饋饋 練練 習(xí)習(xí) 已知地球

16、的半徑是已知地球的半徑是6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期，地球自轉(zhuǎn)的周期 24h，地球的質(zhì)量，地球的質(zhì)量5.891024kg，引力常量，引力常量 =6.6710-11Nm2/kg2 ，若要發(fā)射一顆地球同步，若要發(fā)射一顆地球同步 衛(wèi)星，試求：衛(wèi)星，試求： （1）地球同步衛(wèi)星的離地面高度）地球同步衛(wèi)星的離地面高度h （2）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞（運行）速度）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞（運行）速度v 結(jié)論：結(jié)論： 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道地球同步衛(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)繞地球做圓周運動。速度環(huán)繞地球做圓周運動。 r、 v、T 、g 均為定值均為定值

17、6.5 宇宙航行 同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星有以下幾個特點： 同步衛(wèi)星的高度：同步衛(wèi)星的高度： （1 1）周期一定）周期一定T=24hT=24h （2）在赤道平面內(nèi)）在赤道平面內(nèi) （3）高度一定）高度一定 （） 解得高度解得高度 ： km - G 6.5 宇宙航行 1883年，俄國學(xué)者齊年，俄國學(xué)者齊 奧爾科夫斯基提出使奧爾科夫斯基提出使 用火箭發(fā)射宇宙飛船用火箭發(fā)射宇宙飛船 的設(shè)想的設(shè)想。 創(chuàng)創(chuàng) 設(shè)設(shè) 情情 境境 6.5 宇宙航行 19611961年年4 4月月1212日蘇聯(lián)空軍少校日蘇聯(lián)空軍少校 加加林乘坐東方一號載人飛加加林乘坐東方一號載人飛 船進入太空，實現(xiàn)了人類進船進入太空，實現(xiàn)了人

18、類進 入太空的夢想。入太空的夢想。 19691969年年7 7月月2020日，阿波羅日，阿波羅 1111號將人類送上了月球。號將人類送上了月球。 、夢想成真、夢想成真 6.5 宇宙航行 19701970年年4 4月月2424日我國日我國 第一顆人造衛(wèi)星升空第一顆人造衛(wèi)星升空 我國的航天成就我國的航天成就 20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥 一號月球探測器發(fā)射一號月球探測器發(fā)射 成功成功 6.5 宇宙航行 20032003年年1010月月1515日日 神舟五號神舟五號 楊利偉楊利偉 20052005年年1010月月1212日日 神舟六號神舟六號 費俊龍聶海勝費俊龍聶海勝 20082008年年9 9月月2525日日 神舟七號神舟七號 翟志剛劉伯明翟志剛劉伯明 景海鵬景海鵬 6.5 宇宙航行 1、三個宇宙速度三個宇宙速度： v1=7.9km/s（會推導(dǎo)會推導(dǎo)）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s 2 2、研究天體運動，包括人造衛(wèi)星的運動基本方法研究天體運動，包括人造衛(wèi)星的運動基本方法： 把天體或人造衛(wèi)星的運動看作勻速圓周運動，且把天體或人造衛(wèi)星的運動看作勻速圓周運動，且 萬有引力全部提供天體或人造衛(wèi)星的向心力，萬有引力全部