高一理化生宇宙航行PPT課件

1、第1頁/共33頁前置學(xué)習(xí)： 1.1.萬有引力定律的表達(dá)式？ 2.2.行星運(yùn)動向心力的來源？ 3.3.小球從同一高度做平拋運(yùn)動，隨初速度的增大，軌 跡將如何變化？第2頁/共33頁 拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？問題：牛頓人造衛(wèi)星原理圖牛頓的思考與設(shè)想：拋出的速度v越大時，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結(jié)果？ 第3頁/共33頁牛頓的設(shè)想過程第4頁/共33頁法一：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 . 7/62411104 . 61089. 51067. 6法二：在地面附近，重力提供物體作圓周運(yùn)動的向

2、心力法二：在地面附近，重力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運(yùn)動，不會落下來？問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運(yùn)動，不會落下來？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質(zhì)量M=5.891024kg, 地球半徑R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）第5頁/共33頁一宇宙速度 1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具備的速度 n 說明：（）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速

3、度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；（）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(yùn)動； ( 3 ）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點(diǎn) 第6頁/共33頁、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脫離速度）（脫離速度） 這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度 如果人造天體的速度大于如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，則它的運(yùn)行軌道相對于太陽將則它的運(yùn)行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點(diǎn)是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點(diǎn)v2=11.2 km/s第7頁/

4、共33頁3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度） 這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度 如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了v3=16.7 km/s第8頁/共33頁總結(jié)：總結(jié)：發(fā)射速度發(fā)射速度v v運(yùn)動情況運(yùn)動情況v v7.9km/s7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s 7.9km/s v v 11.2km/s11.2km/s11.2km/sv 11.2km/sv 16.7km/s16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物

5、體落回地面物體落回地面物體在地面附近繞地物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動球做勻速圓周運(yùn)動物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動軌跡是橢圓。動軌跡是橢圓。物體繞太陽運(yùn)動物體繞太陽運(yùn)動物體飛出太陽系物體飛出太陽系第9頁/共33頁思考： 環(huán)繞速率隨軌道半徑的增大，怎樣變化？角速度，周期呢？第10頁/共33頁思考：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1 1）離地面越高，向心力越 （2 2）離地面越高，線速度越（3 3）離地面越高，周期越（4 4）離地面越高，角速度越（5 5）離地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小第11頁/共33頁第12頁/共33頁想一想： 既然外側(cè)軌道的V比內(nèi)側(cè)軌道的V小，那么為何還

6、需要在內(nèi)側(cè)軌道上點(diǎn)火加速，才能“變軌”到外側(cè)軌道上去？第13頁/共33頁衛(wèi)星和同步衛(wèi)星第14頁/共33頁1、科學(xué)衛(wèi)星2、技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星3.應(yīng)用衛(wèi)星第15頁/共33頁第16頁/共33頁探究問題二：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？abc提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動的向心力必須指向地心（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉(zhuǎn)同步？第17頁/共33頁課堂練習(xí)： 已知地球的半徑是已知地球的半徑是6400km6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期，地球自轉(zhuǎn)的周期24h24h，地球的質(zhì)量，地球的質(zhì)量5.895.8910102424kgkg，引力常量引力常量=6.67=6.671010-1

7、1-11NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：，若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求： （1 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 h （2 2）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v v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。第18頁/共33頁同步衛(wèi)星的必須在赤道上空同步衛(wèi)星的必須在赤道上空F向向= F引引F向向F引F引引 同步衛(wèi)星的個數(shù)同步衛(wèi)星的個數(shù)大約大約3 3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有步通訊衛(wèi)星只能有120120顆?？梢?，空間位

8、置也顆?？梢姡臻g位置也是一種資源。是一種資源。第19頁/共33頁 二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度 發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念 （1 1）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道（2 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)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時，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)射速度第20頁/共33頁向高軌道發(fā)射衛(wèi)星與發(fā)射近地衛(wèi)星相比哪個難度大？哪個需要的發(fā)射速度大？為什么？高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運(yùn)行速度大？為什

9、么？22M mvGmrrG Mvr注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念 運(yùn)行速度 指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度發(fā)射速度 指被發(fā)射物體離開地面時的速度V運(yùn)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(yùn)行速度最大運(yùn)行速度人造衛(wèi)星的r r大, , 需要的v v發(fā)射大；而v v運(yùn)行卻小V發(fā)射第21頁/共33頁能否發(fā)射一顆周期為能否發(fā)射一顆周期為80min80min的人造地球衛(wèi)星？的人造地球衛(wèi)星？ 課堂練習(xí):第22頁/共33頁三、地球同步衛(wèi)星三、地球同步衛(wèi)星1. 周期周期 T = _24h2. 軌道平面軌道平面_赤道平面赤道平面4. R4.

10、 R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“全部固定全部固定”（如何求？）第23頁/共33頁第24頁/共33頁三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。第25頁/共33頁1 1 萬戶飛天萬戶飛天世界上第一個想利用火箭飛行的人世界上第一個想利用火箭飛行的人 1414世紀(jì)世紀(jì)四 夢想成真第26頁/共33頁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(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。入太空的夢想。19691969年年7 7月月2020日，阿

11、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。第27頁/共33頁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 四 夢想成真2 2 中國的航天成就中國的航天成就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)射成功成功第28頁/共33頁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(fèi)俊龍聶海勝費(fèi)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第29頁/共33頁3 3 展望未來美國美國“鳳凰鳳凰”號火星探測器號火星探測器20072007年年8 8月月4 4日發(fā)射，日發(fā)射，20082008年年5 5月月2525日在火星著陸。日在火星著陸?！翱ㄎ髂峥ㄎ髂帷碧柾列翘綔y器號土星探測器19971997年年1010月月1515日發(fā)射升空，日發(fā)射升空，20042004年年1 1日飛抵土星。日飛抵土星。“先驅(qū)者先驅(qū)者”1010號號太空探測器太空探測器19721972年年3 3月月2 2日發(fā)射升空，日發(fā)射升空， 19