宇宙航行 公開課

1、人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星遵化一中遵化一中 王明玉王明玉(2)“(2)“天上天上”：萬有引力提供向心萬有引力提供向心力力（1 1）“地上地上”：萬有引力近似等于重力萬有引力近似等于重力22G M mm gG MgRRmarmrTmrvmrGMm2222)2(黃金代換式黃金代換式332T=2.G MG MG MrMva Grrr ， ， ，（3 3）有用結(jié)論：有用結(jié)論：V T V T a a注意：注意：在本章的公式運(yùn)用上，應(yīng)特別注意字母的在本章的公式運(yùn)用上，應(yīng)特別注意字母的規(guī)范、大小寫問題；應(yīng)區(qū)分中心天體、環(huán)繞天體；規(guī)范、大小寫問題；應(yīng)區(qū)分中心天體、環(huán)繞天體；球體半徑球體半徑、軌道半徑軌道半徑等問題。等問

2、題。神州六號(hào)飛船發(fā)射、運(yùn)行與回收神州六號(hào)飛船發(fā)射、運(yùn)行與回收例例1 1、20032003年年1010月月1515日，我國(guó)成功發(fā)射了日，我國(guó)成功發(fā)射了“神舟神舟”五號(hào)載人宇五號(hào)載人宇宙飛船起飛總質(zhì)量為宙飛船起飛總質(zhì)量為M M，剛起飛時(shí)，火箭豎直升空，航天員，剛起飛時(shí)，火箭豎直升空，航天員楊利偉有較強(qiáng)的超重感，儀器顯示他對(duì)座艙的最大壓力達(dá)到楊利偉有較強(qiáng)的超重感，儀器顯示他對(duì)座艙的最大壓力達(dá)到他體重的他體重的5 5倍飛船進(jìn)入軌道后，倍飛船進(jìn)入軌道后，21h21h內(nèi)環(huán)繞地球飛行了內(nèi)環(huán)繞地球飛行了1414圈，圈，將飛船運(yùn)行的軌道簡(jiǎn)化為圓形求將飛船運(yùn)行的軌道簡(jiǎn)化為圓形求(1)(1)點(diǎn)火發(fā)射時(shí)，火箭的最大推

3、力（點(diǎn)火發(fā)射時(shí)，火箭的最大推力（g g取取10 m/s10 m/s2 2）(2)(2)討論它在空中運(yùn)動(dòng)和在返回地面過程中對(duì)座椅的壓力如何討論它在空中運(yùn)動(dòng)和在返回地面過程中對(duì)座椅的壓力如何變化。變化。解：解：對(duì)宇航員進(jìn)行受力分析并根據(jù)牛頓定律對(duì)宇航員進(jìn)行受力分析并根據(jù)牛頓定律,有有 壓力等于支持力壓力等于支持力mgN5 maN-mg 對(duì)火箭應(yīng)用牛頓第二定律對(duì)火箭應(yīng)用牛頓第二定律, 有有MaF-Mg 由上式可以解得由上式可以解得F5Mg（2）空中運(yùn)動(dòng)時(shí)處于）空中運(yùn)動(dòng)時(shí)處于完全失重完全失重，對(duì)座椅的壓力為零。，對(duì)座椅的壓力為零。返回時(shí)，不減速時(shí)返回時(shí)，不減速時(shí)完全失重完全失重，對(duì)座椅的壓力為零。減速

4、時(shí)加，對(duì)座椅的壓力為零。減速時(shí)加速度向上，處于速度向上，處于超重超重狀況，對(duì)座椅壓力大于重力。狀況，對(duì)座椅壓力大于重力。一、人造衛(wèi)星發(fā)射一、人造衛(wèi)星發(fā)射 在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上，它將大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星。圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星。簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 。人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星 （3）如果衛(wèi)星發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行 例例2 2，已知，地球半徑，已知，地球半徑6370Km6370Km，地球質(zhì)量為，地球質(zhì)量為5.89 105.8

5、9 102424KgKg，地球表面的重力加速度，地球表面的重力加速度g=9.8m/sg=9.8m/s2 2, ,推導(dǎo)地球的第一宇宙速度？推導(dǎo)地球的第一宇宙速度？第一宇宙速度第一宇宙速度物體在地面物體在地面附近附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，叫繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，叫第一宇宙速度第一宇宙速度，也是地面附近的也是地面附近的環(huán)繞速度環(huán)繞速度。物體在地面物體在地面附近附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，叫繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，叫第一第一宇宙速度宇宙速度，也叫地面附近的，也叫地面附近的環(huán)繞速度環(huán)繞速度。數(shù)值為。數(shù)值為7.9km/s7.9km/sskmsmvRGM/9.7/62411103

6、7.61089.51067.61第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度的最小速度第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的最大線速度最大線速度RvmRMmGmg22skmsmgRv/9 . 7/104 . 68 . 96地GMrT32 84.7min可見：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況可見：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況(V (V 、 、T T、f f、n n ) )是是由由 r r 惟惟 一決定一決定的的r r V T二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律: :人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律: :衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度、角速度、周期、向心加速度衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度、角速度、周期、向心加速度r

7、GM(2)由由 得：得：3rGM(3)由由 得：得：可見：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況可見：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況(V 、 、T )是是由由 r r 惟惟 一決定的一決定的(1)由由 得：得：GM mr2=mv2rGM mr2=m2rGM mr2=m( ) rT2GM42r3(4)由由 得：得：aGM mr2=maGMr2例例3 3三顆人造地球衛(wèi)星三顆人造地球衛(wèi)星A A、B B、C C 繞地球作勻速圓繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，已知周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，已知M MA A=M=MB B M v vB B = v= vC CB B周期關(guān)系為周期關(guān)系為 T TA A T TB B = T= TC CC C向心力大小關(guān)系為向心

8、力大小關(guān)系為F FA A=F=FB B F FC CD D半徑與周期關(guān)系為半徑與周期關(guān)系為232323CCBBAATRTRTRCAB地球地球A B D FF1F2三、人造地球衛(wèi)星的軌道三、人造地球衛(wèi)星的軌道F1F2F3赤道平面赤道平面北北南南東東西西同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：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 2）在赤道平面內(nèi)）在赤道平面內(nèi)（3 3）高度一定）高度一定（） 解得高度解得高度 ： km -G同步衛(wèi)星能否經(jīng)過遵化上空？同步衛(wèi)星能否經(jīng)過遵化上空？ 則則v、 、 T 、 a都為定值。都為定值。三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可

9、覆蓋全球。三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。例例4 4 通信衛(wèi)星又叫同步衛(wèi)星，下面關(guān)于同步衛(wèi)星通信衛(wèi)星又叫同步衛(wèi)星，下面關(guān)于同步衛(wèi)星的說法中正確的是的說法中正確的是 ( )( )A A所有地球的同步衛(wèi)星一定處于赤道的正上方，所有地球的同步衛(wèi)星一定處于赤道的正上方，但不一定在同一個(gè)圓周上但不一定在同一個(gè)圓周上B B它的運(yùn)行速度大于它的運(yùn)行速度大于7.9km/s 7.9km/s C C所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等D D所有地球的同步衛(wèi)星的向心加速度大小、線速所有地球的同步衛(wèi)星的向心加速度大小、線速度大小、角速度和周期一定相等度大小、角速度和周期一定相等D例例5 5、關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下列說法中正確的是、關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下列說法中正確的是( )( )A.A.第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小速度的最小速度 B.B.衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的環(huán)繞速率可能等于衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的環(huán)繞速率可能等于8km/s8km/sC.C.衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期也越大衛(wèi)星的軌道半徑越大，周期也越大D.D.運(yùn)行的周期可能等于運(yùn)行的周期可能等于8080分鐘分鐘AC本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)一、人造衛(wèi)星發(fā)射一、人造衛(wèi)星發(fā)射二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律: :衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況(V (V 、 、T T、f