6.5宇宙航行課件

中國人的飛天夢外國人的“飛天”夢6.5宇宙航行第六章萬有引力與航天

5、宇宙航行6.5宇宙航行問題: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?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。

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),用來充當繞地球運轉(zhuǎn)的向心力,故月球不會落到地面上來.6.5宇宙航行牛頓關(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。問題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問題情境6.5宇宙航行一.宇宙速度牛頓的猜想牛頓的手稿算一算:物體初速度達到多大時就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢?6.5宇宙航行設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R。人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運行，質(zhì)量為m，軌道半徑為r。那么，在該軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)星的速度v如何推算？

6.5宇宙航行這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。6.5宇宙航行1、第一宇宙速度：

V1=7.9km/s地球人造行星

的發(fā)射速度：

11.2km/s>v>7.9km/s2、第二宇宙速度：

(逃逸速度)V2=11.2km/sV3=16.7km/s3、第三宇宙速度：（脫離速度）人造衛(wèi)星的發(fā)射速度(環(huán)繞速度）6.5宇宙航行1、當發(fā)射速度為7.9km/s,

物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動；此時的衛(wèi)星叫做近地衛(wèi)星。2、當發(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。6.5宇宙航行對于其他的星球以上三個宇宙速度是否變化呢？變化，不同星球的宇宙速度一般是不一樣的例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是7.3km/s6.5宇宙航行概念辨析發(fā)射速度和運行速度1、發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度。2、運行速度：是指衛(wèi)星進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度。r↗

v↘①宇宙速度均指發(fā)射速度②第一宇宙速度為在地面發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，也是環(huán)繞地球運行的最大速度6.5宇宙航行2002年3月25日，我國成功發(fā)射了“神舟”三號宇宙飛船，這標志著我國的航天技術(shù)上了一個新臺階，若飛船在近地軌道上做的是勻速圓周運動，則運行速度的大小是（）A.V>11.2km/sB.V=7.9km/sC.7.9km/s<V<11.2km/sD.V=11.2km/sB練習:1.6.5宇宙航行2、人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其速率（）A.一定等于7.9km/sB.等于或小于7.9km/sC.一定大于7.9km/sD.介于7.9km/s~11.2km/s之間B6.5宇宙航行3.下列說法中正確的是（）A.運行的軌道半徑越大，運行速度越小，發(fā)射速度越小B.運行的軌道半徑越大，運行速度越大，發(fā)射速度越大C.運行的軌道半徑越大，運行速度越小，發(fā)射速度越大D.運行的軌道半徑越大，運行速度越大，發(fā)射速度越小C6.5宇宙航行二、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律可見：v、ω、T

和a與r

為一一對應(yīng)關(guān)系6.5宇宙航行

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。6.5宇宙航行2、兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,軌道半徑之比R1∶R2=3∶1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是()A、周期之比T1∶T2=3∶1

B、線速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9

D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9例題分析1、人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則()A、速度越小，周期越小

B、速度越小，加速度越小C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大BCD6.5宇宙航行1999年5月10日，我國成功地發(fā)射了“一箭雙星”，將“風云1號”氣象衛(wèi)星和“實驗5號”科學實驗衛(wèi)星送入離地面870km的軌道，已知地球半徑為6400km，這兩顆衛(wèi)星的運動速度約為

A、11.2km／s B、7.9km／s

C、7.4km／s D、2.1km／sC例題分析6.5宇宙航行衛(wèi)星一：近地衛(wèi)星的周期我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢？6.5宇宙航行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。6.5宇宙航行阿波羅11號宇航員在月球上的視頻點擊圖片即播放6.5宇宙航行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6.5宇宙航行6.5宇宙航行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)

課堂小結(jié)6.5宇宙航行人造地球衛(wèi)星問題：衛(wèi)星的軌道圓心在哪兒？所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心上赤道衛(wèi)星極地衛(wèi)星其他衛(wèi)星赤道衛(wèi)星其他衛(wèi)星其他衛(wèi)星赤道衛(wèi)星6.5宇宙航行從衛(wèi)星的受力角度分析：衛(wèi)星的軌道有什么特點軌道特點：萬有引力提供向心力.所以軌道平面一定經(jīng)過地球中心對于圓軌道：地心位于其圓心；對于橢圓軌道：地心位于一個焦點上。

6.5宇宙航行思考與討論：如圖所示，A、B、C、D四條軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？

提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心ABCD6.5宇宙航行6.5宇宙航行h練習：求同步衛(wèi)星離地面高度地球同步衛(wèi)星能否位于廈門正上方某一確定高度h？

6.5宇宙航行同步衛(wèi)星的線速度解：萬有引力提供向心力故=由此解出v=將地球質(zhì)量 M及 軌道半徑r帶入6.5宇宙航行1、只能分布在一個確定的赤道軌道上。2、周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同:T＝24h。3、角速度ω與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同。4、離地面高度:h=36000km。

5、線速度:v=3.1km/s。特點：定軌道、定周期、定角速度、定高度、定線速度衛(wèi)星二：地球同步衛(wèi)星的特點6.5宇宙航行鞏固與練習（2011·北京）由于通訊和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的：

A.質(zhì)量可以不同

B.軌道半徑可以不同

C.軌道平面可以不同

D.速率可以不同答案：A6.5宇宙航行據(jù)報道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號01星”于2008年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點在東經(jīng)77赤道上空的同步軌道。關(guān)于成功定點后的“天鏈一號01星”，下列說法正確的是：A.運行速度大于7.9km/sB.離地面高度一定，相對地面靜止C.繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等

答案：BC6.5宇宙航行h=3.6×107mr=4.26×107mv=3.1km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=85分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較6.5宇宙航行比較赤道上的某一點、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的T、ω、v、a向6.5宇宙航行3顆同步衛(wèi)星可實現(xiàn)全球覆蓋1.同步衛(wèi)星主要用于通訊。要實現(xiàn)全球通訊，只需三顆同步衛(wèi)星即可。2.為了同步衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3°左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也是一種資源。6.5宇宙航行如何發(fā)射同步衛(wèi)星？6.5宇宙航行同步衛(wèi)星變軌時的各參量比較v1v3v2A>v1v3>v2Bv1>v3v2A>v1>v3>v2Bv2AAv2BB速度關(guān)系：加速度關(guān)系：周期關(guān)系：a1A=a2A>a2B=a3BT3>T2>T16.5宇宙航行凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運動方程，即:重力=萬有引力=向心力6.5宇宙航行模型三、“雙星”“雙星”是由兩顆繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)的星球組成。它們圍繞它們的連線上的某一固定點做同周期的勻速圓周運動，這種結(jié)構(gòu)稱為雙星。6.5宇宙航行1.兩顆恒星均圍繞共同的旋轉(zhuǎn)中心做勻速圓周運動。2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，即兩顆恒星受到的向心力大小相等。3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時刻三點共線，即兩顆恒星角速度相同，周期相同。雙星運動的特點：6.5宇宙航行例、兩顆靠得很近的天體稱為雙星，它們以兩者連線上某點為圓心作勻速圓周運動，這樣就不至于由于萬有引力而吸引在一起，設(shè)兩雙星質(zhì)量分別為m和M。兩星間距為L，在相互萬有引力的作用下，繞它們連線上某點O轉(zhuǎn)動，不考慮其它星體的影響，則OM間距為多少？它們運動的周期為多少？答案：mL/(M+m)，2π√L

3/G（M+m)。小結(jié)：已知雙星軌道半徑之和為L，想法找兩半徑之比。OMm6.5宇宙航行確定雙星的旋轉(zhuǎn)中心：質(zhì)量m越大，旋轉(zhuǎn)半徑越小，離旋轉(zhuǎn)中心越近.6.