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文檔簡介
1、6.5宇宙航行宇宙航行嫦嫦娥娥奔奔月月前置學(xué)習(xí):前置學(xué)習(xí):n1.1.萬有引力定律的表達(dá)式?萬有引力定律的表達(dá)式?n2.2.行星運動向心力的來源?行星運動向心力的來源? 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, ,物體物體將會怎樣將會怎樣? ?n3.3.小球從同一高度做平拋運動,隨初速度的小球從同一高度做平拋運動,隨初速度的增大,軌跡將如何變化?增大,軌跡將如何變化?牛頓的思考與設(shè)想:牛頓的思考與設(shè)想: 在在16871687年出版年出版自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中,牛頓設(shè)想中,牛頓設(shè)想: :拋出速度拋出速度很大時,物體就不會落很大時,物體就不會落回地面?;氐孛妗?牛頓
2、的設(shè)想過程牛頓的設(shè)想過程解法解法:萬有引力提供物體作圓周運動的向心力萬有引力提供物體作圓周運動的向心力 以多大的速度拋出這個物體,它才會繞地球以多大的速度拋出這個物體,它才會繞地球表面運動不落下?表面運動不落下?(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質(zhì)量地球質(zhì)量M=5.891024kg, 地球半徑地球半徑R=6400km) 探究問題一:思考:思考: 若地球質(zhì)量未知,而知道地球表面的若地球質(zhì)量未知,而知道地球表面的 重力加速度重力加速度 g=9.8m/sg=9.8m/s2 2, ,地球半地球半R=6400km,R=6400km,能否求出第一宇宙速度?能否求出第一宇宙速度?解:解:
3、在地面附近,重力提供物體作圓周運動的向在地面附近,重力提供物體作圓周運動的向心力心力一宇宙速度 1 1、第一宇宙速度(環(huán)繞速度)、第一宇宙速度(環(huán)繞速度) v v1 1=7.9km/s=7.9km/s n說明:說明:()如果衛(wèi)星的發(fā)射速度小于第一宇宙速度,()如果衛(wèi)星的發(fā)射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);()等于這個速度,衛(wèi)星剛好能在地球表面)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;附近作勻速圓周運動; ( 3 )大于)大于7.9km/s小于小于11.2km/s,衛(wèi)星將沿橢圓軌衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行,地心即橢圓軌道的一個焦
4、點道繞地球運行,地心即橢圓軌道的一個焦點 雖然雖然“R大,大,V小小”,但這里,但這里V指指繞行速度,而非發(fā)射速度。繞行速度,而非發(fā)射速度。因為向軌道發(fā)射衛(wèi)星,火箭要克服因為向軌道發(fā)射衛(wèi)星,火箭要克服地球引力對它做減速運動。軌道越高,要克地球引力對它做減速運動。軌道越高,要克服引力減速越多,發(fā)射速度越大。服引力減速越多,發(fā)射速度越大。小大VrrGMV 討論討論: :向高軌道發(fā)射衛(wèi)星容易向高軌道發(fā)射衛(wèi)星容易 還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星容易?還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星容易? V(發(fā)射) 7.9km/s V(運行) 第一宇宙速度第一宇宙速度 7.9 km/s最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度最大環(huán)繞速度最大環(huán)繞速度結(jié)論:
5、 發(fā)射速度與繞行速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度n這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛,成為繞太陽運這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度行的人造行星的最小發(fā)射速度n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,則它的運行軌道相對于太陽將是橢則它的運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圓,太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點v2=11.2 km/s3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度 n這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度n如果人造天體具有這樣的速度,就可以擺脫地如果人造天體具有這
6、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球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了v3=16.7 km/sv=7.9km/s 11.2km/sv7.9km/sv=11.2km/sv=16.7km/s第一宇宙速度第一宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度探究探究已知:地球質(zhì)量已知:地球質(zhì)量M M,半徑,半徑R R,衛(wèi)星距地面高度,衛(wèi)星距地面高度h h,引,引力常量力常量G .G .請你利用已學(xué)的知識,請你利用已學(xué)的知識, 探究衛(wèi)星繞地球的運探究衛(wèi)星繞地球的運行速度行速度v v 、周期、周期T T與高度與高度h h的關(guān)系的關(guān)系. . 二、人造地球衛(wèi)星二、人造地球衛(wèi)星探究問
7、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)星作圓周運動的向心力 必須指向地心FF2F1赤道平面赤道平面北北南南東東西西F2、軌道平面過球心、軌道平面過球心地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星1、所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的、所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星,它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn),同步地人造衛(wèi)星,它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn),同步地做勻速圓周運動,它的周期:做勻速圓周運動,它的周期: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分布在赤道上方的一個確定軌道上個確定軌道上 ,即同步衛(wèi)星軌道平面與地球,即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面
8、重合,衛(wèi)星離地面高度為定值。赤道平面重合,衛(wèi)星離地面高度為定值。對同步衛(wèi)星:對同步衛(wèi)星:其其r、 v、T 、g 均為均為 定值定值“高軌低速長周期高軌低速長周期”極地軌道極地軌道一般軌道一般軌道赤道軌道赤道軌道所有衛(wèi)星都在以地心為圓所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓(或橢圓)軌道上心的圓(或橢圓)軌道上平面平面立體立體赤道平面赤道平面課堂練習(xí):已知地球的半徑是課堂練習(xí):已知地球的半徑是R=6400kmR=6400km,地球自轉(zhuǎn)的周期,地球自轉(zhuǎn)的周期T=24hT=24h,地球的質(zhì)量地球的質(zhì)量M=5.89M=5.8910102424kgkg,引力常量,引力常量=6.67=6.671010-11-11Nm
9、Nm2 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: 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)繞地球做圓周運動。小結(jié):同步軌道衛(wèi)星通信n周期T=24 hn軌道高度h=?n定點在赤道正上方n運行方向與地球自轉(zhuǎn)相同(自西向東)相對地面靜止相對地面靜止各種各樣的衛(wèi)星各種各樣的衛(wèi)星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,實現(xiàn)了人類進(jìn)船進(jìn)入太空,實現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。入太空的夢想。1969
10、1969年年7 7月月2020日,阿波日,阿波羅羅1111號號將人類送上了月球。將人類送上了月球。、夢想成真、夢想成真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20032003年年1010月月1515日日神舟五神舟五號楊號楊利偉利偉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1、第一宇宙速度(、第一宇宙速度(環(huán)繞速度環(huán)繞速度):):v =7.9千
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