65宇宙航行課件

1、第六章 萬(wàn)有引力與航天 第五節(jié) 宇宙航行人教版必修人教版必修2嫦嫦娥娥奔奔月月探究宇宙的奧秘，奔向遙遠(yuǎn)的太空。自古以來就探究宇宙的奧秘，奔向遙遠(yuǎn)的太空。自古以來就是人類的夢(mèng)想，怎樣才能實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想呢？是人類的夢(mèng)想，怎樣才能實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想呢？0 0、牛頓的設(shè)想、牛頓的設(shè)想 牛頓曾設(shè)想牛頓曾設(shè)想, 從高山上用不同的從高山上用不同的水平速度拋出物體水平速度拋出物體,速度一次比速度一次比一次大一次大,則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn)則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn),如如不計(jì)空氣的阻力不計(jì)空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大當(dāng)速度足夠大時(shí)時(shí), 物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn)而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人成為一顆

2、人造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星 由此可見，人造地球衛(wèi)星運(yùn)由此可見，人造地球衛(wèi)星運(yùn)行遵從的規(guī)律是：行遵從的規(guī)律是：探究問題一：探究問題一：思考與討論：思考與討論：如圖所示，如圖所示，A A、B B、C C、D D四條軌四條軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？根據(jù)：衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的根據(jù)：衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必須指向地心。向心力必須指向地心。 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道特點(diǎn)：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道特點(diǎn)： 萬(wàn)有引力提供向心力，萬(wàn)有引力提供向心力，所以軌道平面一定經(jīng)所以軌道平面一定經(jīng)過地球中心，衛(wèi)星圍過地球中心，衛(wèi)星圍繞地球的中心做勻速繞地球的中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。圓周運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)

3、星常見的軌道：衛(wèi)星常見的軌道：其他軌道其他軌道 想一想：速度為多大時(shí)，物體將不會(huì)落回地面想一想：速度為多大時(shí)，物體將不會(huì)落回地面而成為繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星呢？而成為繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星呢？赤道軌道赤道軌道極地軌道極地軌道建立模型：建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)思路：思路：衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的由地由地球?qū)πl(wèi)星的球?qū)πl(wèi)星的。GMmr2=mv2rv=GMr請(qǐng)同學(xué)們請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算計(jì)算：已知地球半徑：已知地球半徑R=6400kmR=6400km，地球質(zhì)量，地球質(zhì)量M=6.0M=6.010102424kgkg，衛(wèi)星在，衛(wèi)星在環(huán)繞環(huán)繞地球作勻速圓地球作勻速圓

4、周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度有多大？周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度有多大？7.9km/GMvsR=一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度即：衛(wèi)星在即：衛(wèi)星在環(huán)繞環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度有的速度第一宇宙速度第一宇宙速度 思考：如果不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的重力思考：如果不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的重力加速度加速度g g，如何求宇宙第一速度，如何求宇宙第一速度v v？7.9km/GMvsR=由由2222MmMmGmGm gGMgRRRR和gRv sm/104.68.96skm/9 . 7第一宇宙速度的計(jì)算方法二：第一宇宙速度的計(jì)算方法二：則則

5、所以所以7.9km/s7.9km/s是是最小最小發(fā)射發(fā)射速度，速度，也是也是最大最大環(huán)繞（運(yùn)行）環(huán)繞（運(yùn)行）速度。速度。 思考：若發(fā)射速度大于思考：若發(fā)射速度大于7.9km/s7.9km/s，則人造衛(wèi)星將如何運(yùn)動(dòng)？則人造衛(wèi)星將如何運(yùn)動(dòng)？ 發(fā)射速度大于發(fā)射速度大于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓，而是不是圓，而是橢圓橢圓。 等于或大于等于或大于11.2km/s11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行引力，不再繞地球運(yùn)行。2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 大小：v=1

6、1.2km/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)的離開地球而繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。3、第三宇宙速度 大?。簐=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。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。思考與討論：思考與討論：人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期最小是多少？人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期最小是多少？2224MmGmRRT=2Mmm gGR=2gRT = =84.6min=84.6min或：或：=

7、842.6minRTv=思考：人造衛(wèi)星的周期能否為思考：人造衛(wèi)星的周期能否為24小時(shí)？小時(shí)？二、地球同步衛(wèi)星二、地球同步衛(wèi)星1、所謂地球同步衛(wèi)星是指所謂地球同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地心靜止的人造衛(wèi)星，相對(duì)于地心靜止的人造衛(wèi)星，它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn)，它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn)，同步地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它同步地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它的周期：的周期：T24h2、所有的同步衛(wèi)星只能所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方的一個(gè)分布在赤道上方的一個(gè)確定軌道上確定軌道上 ，即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道，即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合，衛(wèi)星離地面高度為定值。平面重合，衛(wèi)星離地面高度為定值。對(duì)同步衛(wèi)星：對(duì)同步衛(wèi)星：其其r、

8、v、T 、均為定值、均為定值mm10103.63.6R R4 4 GMTGMTh hh)h)(R(RT T4 4 mmh)h)(R(RGMmGMm7 73 32 22 22 22 22 2計(jì)算同步衛(wèi)星高度計(jì)算同步衛(wèi)星高度由萬(wàn)有引力提供向心力由萬(wàn)有引力提供向心力同步通訊衛(wèi)星軌道半徑：74.2 10Rhm同步衛(wèi)星的線速度同步衛(wèi)星的線速度22MmGmrr解：由萬(wàn)有引力提供向心力解：由萬(wàn)有引力提供向心力 故故 : 將地球質(zhì)量將地球質(zhì)量M及軌道半徑及軌道半徑r代入，可得同步通訊代入，可得同步通訊衛(wèi)星的速率衛(wèi)星的速率由此解出由此解出:GMr1124376.67 106.0 10/3.1 10/4.2 10

9、GMm sm sr三、太空中的失重環(huán)境三、太空中的失重環(huán)境19691969年年7 7月月2020日，阿波羅日，阿波羅1111號(hào)將人類送上了月球。當(dāng)時(shí)號(hào)將人類送上了月球。當(dāng)時(shí)，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他，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。在月球上邁出了一小步，卻是人類邁出的一大步。四、夢(mèng)想成真四、夢(mèng)想成真20032003年年2 2月月1 1日，哥日，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)倫比亞號(hào)航天飛機(jī)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(jī)上的燒，航天飛機(jī)上的七名宇航員，包括七名宇航員，包括六名美國(guó)人及

10、一名六名美國(guó)人及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(shè)了人類通往宇宙無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。的道路。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)立開展載人航天活動(dòng)著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(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)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)。 1992年，中國(guó)載人航天工程年，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)。正式啟動(dòng)。2003年年10月月15日日9時(shí)，我國(guó)時(shí)，我國(guó)“神舟神舟”五號(hào)宇宙五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空利偉送入太空2007年年10月月24日嫦娥一日嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功。號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功。2008年年9月月25日神舟七號(hào)日神舟七號(hào)翟志剛、劉伯明、景海鵬。翟志剛、劉伯明、景海鵬。神舟八號(hào)神舟八號(hào)神舟九號(hào)神舟九號(hào)愛因斯坦曾說過：愛因斯坦曾說過：“一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對(duì)不解之謎來自面對(duì)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(hào)神舟十號(hào)一、宇宙速度一、宇宙速度 1.第一宇宙速度第一宇宙速度 v1=7.