2023學年完整公開課版宇宙航行

6.5宇宙航行一、宇宙速度

牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學的數(shù)學原理》中描述的人造地球衛(wèi)星原理圖演示

設地球的質量為M，繞地球做勻速圓周運動的飛行器的質量為m，飛行器的速度為v，它到地心的距離為r。飛行器運動所需要的向心力由地球對它的萬有引力提供

r≈R

如果不知道地球的質量，但知道地球表面的重力加速度，如何求v？第一宇宙速度

物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫第一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度。數(shù)值為7.9km/s

當發(fā)射速度大于7.9km/s，小于11.2km/s，它繞地球運行的軌道不是圓，而是橢圓。第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度第二宇宙速度

當物體的速度等于或大于11.2km/s時，它就會克服地球的引力，成為圍繞太陽運動的人造行星，或飛到其它行星上。我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度。第三宇宙速度

當物體的速度等于或大于16.7km/s時，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我們把16.7km/s叫做第三宇宙速度。二、夢想成真1、1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一周。2、1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進入東方一號載人飛船。108min繞地球一周。3、1969年7月16日9時32分，阿波羅11號飛船升空，7月20號人類踏上月球。4、2003年10月15日，我國神州5號載人飛船發(fā)射升空，楊利偉成為我國飛天第一人。5、2005年10月12號，我國神州6號載人飛船發(fā)射升空，費俊龍、聶海勝進入太空。三、人造衛(wèi)星設：地球質量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星距地面高為h，衛(wèi)星質量為m,寫出下列物理量的表達式1、線速率：（根據(jù)）2、角速度：（根據(jù)）3、周期：（根據(jù)）三、人造衛(wèi)星

隨h的增大1、線速率：2、角速度：3、周期：V減小

ω減小T增大

兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運行，它們的質量相等，軌道半徑之比r1:r2=1:2,則它們的(1)線速度之比v1:v2=(2)角速度之比ω1:ω2=(3)周期之比T1:T2=(4)向心加速度之比a1:a2=課堂訓練四、同步衛(wèi)星1、定義：如果人造衛(wèi)星在赤道上空自西向東轉動周期與地球自轉周期相同，衛(wèi)星相對于地面靜止，即和地球自轉同步，叫同步衛(wèi)星。四、同步衛(wèi)星2、距地面的高度h四、同步衛(wèi)星3、線速率v四、同步衛(wèi)星4、特點：（1）定點在赤道上空（2）周期與地球自轉周期相同（3）距離地面的高度高度一定（約距地面36000km）（5）線速度大?。s為3.1km/s）小結1、宇宙速度

7.9km/s11.2km/s16.7km/s

第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是在軌道