第六章第5節(jié)宇宙航行

1、5 宇宙航行嫦嫦娥娥奔奔月月敦煌的飛天壁畫敦煌的飛天壁畫外國人的外國人的“飛天飛天”夢夢如何應用萬有如何應用萬有引力定律的知引力定律的知識實現(xiàn)人類的識實現(xiàn)人類的飛天夢想呢？飛天夢想呢？1.1.了解人造衛(wèi)星的有關知識。了解人造衛(wèi)星的有關知識。 2.2.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度。度。（重點）（重點）3.3.通過實例，了解人類對太空的探索歷程。通過實例，了解人類對太空的探索歷程。思考：拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落思考：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？下來？衛(wèi)星、月亮沒有落下來必須

2、具備什么條件？牛頓的人造衛(wèi)星原理圖牛頓的人造衛(wèi)星原理圖探究問題一：以多大的速度拋出一個物體，它才會繞地球探究問題一：以多大的速度拋出一個物體，它才會繞地球表面運動不會落下來？表面運動不會落下來？(已知已知=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 , 地球地球質(zhì)量質(zhì)量M=5.89M=5.8910102424kgkg, 地球半徑地球半徑R=6400kmR=6400km)法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力（若已知地球表面重力加速度（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2）法二：重力提供物體作圓周運動的向心力法二：重力提

3、供物體作圓周運動的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9 . 7/104 . 68 . 96RmvRGMm22skmsmvRGM/9 . 7/62411104 . 61089. 51067. 6一、宇宙速度一、宇宙速度1.1.第一宇宙速度（第一宇宙速度（v=7.9km/sv=7.9km/s）：物體在地面附近）：物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度。繞地球做勻速圓周運動的速度。探究問題二：第一宇宙速度的含義探究問題二：第一宇宙速度的含義向高軌道發(fā)射衛(wèi)星與發(fā)射近地衛(wèi)星相比哪個難度大？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？哪個需要的發(fā)射速度大？為什么？高軌道

4、衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運行速度大？為什么高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運行速度大？為什么?結(jié)論：結(jié)論：第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度。是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度。22GMmmvrrGMvr1vr2.2.第二宇宙速度（大?。旱诙钪嫠俣龋ù笮。簐=11.2km/s v=11.2km/s ）：當物體的速度大）：當物體的速度大于或等于于或等于11.2km/s11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠離開時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。地球。3.3.第三宇宙速度（大?。旱谌钪嫠俣龋ù笮。簐=16

5、.7km/s v=16.7km/s ）：如果物體的速度）：如果物體的速度大于或等于大于或等于16.7km/s16.7km/s，物體就能擺脫太陽引力的束縛，飛，物體就能擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外。到太陽系以外。例例1.1.發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星, ,如果它如果它的軌道半徑是地球半徑的的軌道半徑是地球半徑的4 4倍倍, ,它的軌道速度是第一宇宙它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？速度的多少倍？解解: :由萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力得由萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力得設第一宇宙速度為設第一宇宙速度為v v1 1, ,衛(wèi)

6、星的軌道速度為衛(wèi)星的軌道速度為v v2 2它的軌道速度是第一宇宙速度的它的軌道速度是第一宇宙速度的0.50.5倍倍211212vrvr2112vv22MmvGmrrGMvr練習練習1.A1.A星球的第一宇宙速度為星球的第一宇宙速度為9km/s9km/s，已知，已知B B星球的星球的質(zhì)量是質(zhì)量是A A星球質(zhì)量的星球質(zhì)量的1/811/81，A A星球半徑是星球半徑是B B星球半徑的星球半徑的4 4倍，則在倍，則在B B星球上發(fā)射星球上發(fā)射“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為的環(huán)繞速度約為多少？多少？解解: :由由 由由 得得22MmvGmrr29BB AAA BvM rvM r22/9BAvvkm

7、srGMv 例例2.2.關于第一宇宙速度，下列的說法中正確的是關于第一宇宙速度，下列的說法中正確的是( )( )A.A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B.B.它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運行速度它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運行速度C.C.它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時近地點的速度BCBC22MmvGmrrGMvr1vr22MmGmrr3GMr31r222()MmGmrrT32rTGM3Tr二、夢想成真二、夢想成真1.

8、1.人造衛(wèi)星運行的動力學方程（人造衛(wèi)星運行的動力學方程（rvrvTT）地球地球思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1 1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越_。 （2 2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_。（3 3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_。（4 4）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_。小小大大小小小小 2.2.人造地球衛(wèi)星的運行軌道人造地球衛(wèi)星的運行軌道所有衛(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( (為什為什么？）運行么？）運行三類人造地球衛(wèi)星軌道：三類人造地球衛(wèi)星軌道：

9、赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空上空一般軌道：衛(wèi)星軌道和一般軌道：衛(wèi)星軌道和 赤道成一定角度。赤道成一定角度。3.3.地球同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）地球同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）地球同步衛(wèi)星：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相地球同步衛(wèi)星：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。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。223

10、242GM2() (R)(R)R3.6 104 hmmhhTGM Thkm衛(wèi)地衛(wèi)地地地地設衛(wèi)星離地面的高度為由解得h練習練習2.2.求同步衛(wèi)星離地面的高度求同步衛(wèi)星離地面的高度地球同步衛(wèi)星能否位于廈門正上方某一確定高地球同步衛(wèi)星能否位于廈門正上方某一確定高度度h h處？處？ 5.6R地 同步衛(wèi)星的特點同步衛(wèi)星的特點 同步衛(wèi)星與地面相對靜止，與地球自轉(zhuǎn)同步，周同步衛(wèi)星與地面相對靜止，與地球自轉(zhuǎn)同步，周期為期為24h24h。 同步衛(wèi)星運行方向與地球自轉(zhuǎn)的方向相同。同步衛(wèi)星運行方向與地球自轉(zhuǎn)的方向相同。 同步衛(wèi)星只能運行于赤道上方固定高度上，且其同步衛(wèi)星只能運行于赤道上方固定高度上，且其周期、角速度

11、、線速度、向心加速度均為定值。周期、角速度、線速度、向心加速度均為定值。例例3. 3. 同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星（星（ ）A.A.它可以在地面上任一點的正上方，且離地心距離可它可以在地面上任一點的正上方，且離地心距離可按需要選擇不同的值按需要選擇不同的值B.B.它可以在地面上任一點的正上方，但離地心距離是它可以在地面上任一點的正上方，但離地心距離是一定的一定的 C.C.它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的值選擇不同的值D.D.它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的它只能在赤

12、道的正上方，且離地心的距離是一定的 D D19691969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。當時，號將人類送上了月球。當時，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在上億人通過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，卻是人類邁出的一大步。月球上邁出了一小步，卻是人類邁出的一大步。4.4.世界航天世界航天20032003年年2 2月月1 1日，哥日，哥倫比亞號航天飛機倫比亞號航天飛機在重返地面的過程在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機上的燒，航天飛機上的七名宇航員，包括七名宇航員，包括六名美國人及一名六名美國人及

13、一名以色列人全部遇難。以色列人全部遇難。 無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。的道路。這次成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志這次成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎。的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎。 19921992年，中國載人航天工程正年，中國載人航天工程正式啟動。式啟動。20032003年年1010月月1515日日9 9時，時，我國我國“神舟神舟”五號宇宙飛船在

14、五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國第一位航天員楊利偉送把中國第一位航天員楊利偉送入太空入太空20072007年年1010月月2424日嫦娥一號日嫦娥一號月球探測器發(fā)射成功。月球探測器發(fā)射成功。20082008年年9 9月月2525日神舟七號日神舟七號翟志剛、劉伯明、景海鵬。翟志剛、劉伯明、景海鵬。神舟八號神舟八號神舟九號神舟九號愛因斯坦曾說過：愛因斯坦曾說過：“一個人最完美和最強烈的情感一個人最完美和最強烈的情感來自面對不解之謎來自面對不解之謎”。你想加入破解它的行列嗎？你想加入破解它的行列嗎？神舟十號神舟十號一、宇宙速度一、宇宙速度 1.1.第一宇宙速度

15、第一宇宙速度 v v1 1=7.9km/s=7.9km/s 推導式：推導式： 2.2.第二宇宙速度（脫離速度）第二宇宙速度（脫離速度） v v2 2=11.2km/s=11.2km/s 第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度） v v3 3=16.7km/s=16.7km/s二、同步衛(wèi)星二、同步衛(wèi)星 1.1.周期周期T=24hT=24h 2. 2.衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合RGMv =7.9km/s=7.9km/sgRv =7.9km/s=7.9km/s1.1.兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m m1 1mm2 2=12,=12,軌道半

16、徑軌道半徑之比之比R R1 1RR2 2=31=31，下列有關數(shù)據(jù)之比正確的是，下列有關數(shù)據(jù)之比正確的是( )( )A.A.周期之比周期之比T T1 1TT2 2=31 =31 B.B.線速度之比線速度之比v v1 1vv2 2=31=31C.C.向心力之比向心力之比F F1 1FF2 2=19 =19 D.D.向心加速度之比向心加速度之比a a1 1aa2 2=19=19D D3132RR21RR2221RR21RR1v2v12vv2.(20122.(2012山東高考）山東高考）20112011年年1111月月3 3日，日，“神舟八號神舟八號”飛船與飛船與“天宮一號天宮一號”目標飛行器成功實

17、施了首次交會對接。任務完目標飛行器成功實施了首次交會對接。任務完成后成后“天宮一號天宮一號”經(jīng)變軌升到更高的軌道，等待與經(jīng)變軌升到更高的軌道，等待與“神舟九神舟九號號”交會對接。變軌前和變軌完成后交會對接。變軌前和變軌完成后“天宮一號天宮一號”的運行軌的運行軌道均可視為圓軌道，對應的軌道半徑分別為道均可視為圓軌道，對應的軌道半徑分別為R R1 1、R R2 2，線速度，線速度大小分別為大小分別為 、 。則。則 等于（等于（ ）A A B B C C D DB B3.3.如圖所示，如圖所示，a a、b b、c c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3 3顆衛(wèi)星，下列說

18、法正確的是（顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ）A.bA.b、c c的線速度大小相等，且大于的線速度大小相等，且大于a a的線速度的線速度B.bB.b、c c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a a的向心加速度的向心加速度C.cC.c加速可追上同一軌道上的加速可追上同一軌道上的b b，b b減速可等候同一軌道上的減速可等候同一軌道上的c cD.aD.a衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將增大衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將增大D D4.(20144.(2014福建高考福建高考) )若有一顆若有一顆“宜居宜居”行星行星, ,其質(zhì)量其質(zhì)量為地球的為地球的p p倍倍, ,半徑為地球的半徑為地球的q q倍倍, ,則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度