宇宙航行(精編PPT)精講

第5節(jié)宇宙航行明德中學(xué)高一物理備課組第一頁，共二十八頁。中國人的飛天夢外國人的“飛天”夢第二頁，共二十八頁。飛天之夢的歷史第三頁，共二十八頁。問題:一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想

地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用,為什么月亮不會落到地面上來?問題情境

由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉(zhuǎn),此時月球受到的地球引力(即重力),用來充當(dāng)繞地球運轉(zhuǎn)的向心力,故月球不會落到地面上來.第四頁，共二十八頁。一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想

物體做平拋運動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠。2.若拋出物體的水平初速度足夠大,物體將會怎樣?試大膽猜想。由于地球是一個圓球,當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時,物體飛行的距離也很大,故物體不能再落回地面,而成為一顆繞地球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星.ABCOV0D問題:問題情境第五頁，共二十八頁。

從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點離山腳越遠。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠繞地球運動的人造衛(wèi)星。牛頓人造衛(wèi)星原理圖一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想第六頁，共二十八頁。思考？

1.以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的衛(wèi)星?

推導(dǎo)方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入數(shù)據(jù)得：推導(dǎo)方法二：地表附近，重力近似等于萬有引力

人們把7.9km/s這個速度稱作第一宇宙速度,又叫環(huán)繞速度。如果發(fā)射速度如小于第一宇宙速度,衛(wèi)星將落到地面;如果發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星剛好能貼著地球表面作勻速圓周運動。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。二、宇宙速度第七頁，共二十八頁。問題:

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s

，會怎樣呢？第二宇宙速度:物體克服地球引力,永遠脫離地球的速度.（脫離速度）第三宇宙速度:物體掙脫太陽引力,飛出太陽系的速度.(逃逸速度)11.2km/s>V>7.9km/sV=16.7km/sV=11.2km/sV=7.9km/s繞地球運動的軌跡就不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大，橢圓軌道越“扁”。

第一宇宙速度:物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度.（環(huán)繞速度）二、宇宙速度第八頁，共二十八頁。1、當(dāng)發(fā)射速度為7.9km/s,物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動；2、當(dāng)發(fā)射速度大于7.9km/s時：①7.9km/s<V<11.2km/s,但環(huán)繞速度<7.9km/s物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓；

②11.2km/s<V<16.7km/s物體脫離地球的吸引而圍繞太陽運行；③V>16.7km/s物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。二、宇宙速度第九頁，共二十八頁。1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）:就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度V=7.9km/s，若7.9km/s<v<11.2km/s，它繞地球運動的軌跡是橢圓.(最大環(huán)繞速度,最小發(fā)射速度)

2、第二宇宙速度（脫離速度）：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星克服地球的引力，永遠離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達到第二宇宙速度的還受到太陽的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個速度叫第三宇宙速度。第十頁，共二十八頁。表征人造衛(wèi)星運行狀態(tài)的物理量有三個:環(huán)繞速度v,轉(zhuǎn)動半徑r(或R+h,h為離地的高度)轉(zhuǎn)動周期T.

將各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動，則衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十一頁，共二十八頁。結(jié)論：衛(wèi)星的運行速度、角速度、運轉(zhuǎn)周期與其本身質(zhì)量無關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。離地面越高的衛(wèi)星，運行速度越小，周期越長，發(fā)射需要的初速度越大。

所以，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。（補充）：衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運行速度的區(qū)別三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十二頁，共二十八頁。發(fā)射速度：衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，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、進入運動軌道；運行速度：衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大速度。

三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十三頁，共二十八頁。問題：

將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大？哪一個更容易？為什么？

向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時,

需要的初速度越大，火箭克服地球?qū)πl(wèi)星的引力而作更多的功,對火箭的要求更高一些,所以比較困難.三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律第十四頁，共二十八頁。四、課堂練習(xí)[例題]:

我國發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/80，月球的半徑約為地球半徑的1/4，地球上的第一宇宙速度約為7.9km/s，求“嫦娥一號”探月衛(wèi)星繞月球運行的速率？第十五頁，共二十八頁。提示：同學(xué)們算算，近地衛(wèi)星的周期（最小周期）又是多少呢？思考：我們能否發(fā)射一顆周期為70min的衛(wèi)星呢？不能?。〉谑?，共二十八頁。所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上三類人造地球衛(wèi)星軌道：①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②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③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。人造地球衛(wèi)星的運行軌道

第十七頁，共二十八頁。第十八頁，共二十八頁。相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。對于同步衛(wèi)星的發(fā)射及軌道定位有什么要求呢，怎樣才能保持與地球同步呢？地球同步衛(wèi)星：第十九頁，共二十八頁。同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個特點：同步衛(wèi)星的高度：（1）周期一定T=24h（2）在赤道平面內(nèi)（3）高度一定（Ｒ＋ｈ）

解得高度：ｈ＝

km

-G第二十頁，共二十八頁。第二十一頁，共二十八頁。第二十二頁，共二十八頁。人類探索太空的過程

1961年，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林，完成人類歷史上第一次宇宙飛行，人類飛天夢想終于變成現(xiàn)實。1963年，瓦蓮蒂娜·捷列什科娃，人類第一位進入太空的女性。

1969年7月20日，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗、邁克爾·柯林斯、巴茲·奧爾德林(上圖從左至右)，成功登月。左圖為月球上的奧爾德林，頭盔中人影為阿姆斯特朗。

1984年，美國宇航員布魯斯·麥坎德利斯離開航天飛機320英尺，完成人類首次無安全索太空行走。

2001年，第一位太空游客美國人蒂托(中)，進入國際空間站，開始太空觀光。第二十三頁，共二十八頁。阿波羅11號宇航員在月球上的視頻點擊圖片即播放第二十四頁，共二十八頁。我國載人航天回顧楊利偉在太空展示中國和聯(lián)合國國旗我國首位航天員楊利偉2003年“神舟”五號中國人“飛天”夢圓費俊龍在做身體檢查美味佳肴飄進來

成功返航

奉命出征2005年“神舟”六號首次“多人多天”空間飛行2008年“神舟”七號首次太空行走第二十五頁，共二十八頁。1、三個宇宙速度：

v1=7.9km/s（會推導(dǎo)）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2、研究天體運動，包括人造衛(wèi)星的運動基本方法：把天體或人造衛(wèi)星的運動看作勻速圓周運動，且萬有引力全部提供天體或人造衛(wèi)星的向心力，

(v為線速度、ω為角速度、T為周期、n為轉(zhuǎn)速)五、課堂小結(jié)第二十六頁，共二十八頁。布置作業(yè)

1.閱讀教材后邊“科學(xué)漫步”和“STS”的材料；2.將學(xué)生分組,上網(wǎng)查閱黑洞、同步衛(wèi)星的相關(guān)資料.第二十七頁，共二十八頁。內(nèi)容總結(jié)第5節(jié)宇宙航行。物體做平拋運