人教版 高一物理 宇宙航行

1、1了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)。了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)。知道發(fā)射速度與環(huán)知道發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別。繞速度的區(qū)別。2知道三個(gè)宇宙速度，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。知道三個(gè)宇宙速度，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。3通過實(shí)例，了解人類對太空的探索過程。通過實(shí)例，了解人類對太空的探索過程。嫦娥奔月的神話傳說敦煌壁畫的飛天圖騰萬戶飛天的勇敢嘗試 好奇是點(diǎn)燃智慧的火種，仰望星空，浩好奇是點(diǎn)燃智慧的火種，仰望星空，浩瀚的太空充滿神秘，探究瀚的太空充滿神秘，探究宇宙的奧秘，奔向宇宙的奧秘，奔向遙遠(yuǎn)的遙遠(yuǎn)的太空，自古以來太空，自古以來就是人類的就是人類的夢想，那夢想，那么，怎么實(shí)現(xiàn)它呢？么，怎么實(shí)現(xiàn)它呢？0vABCD在樓頂上在樓頂

2、上用不同的水平初速度拋出一個(gè)物體，用不同的水平初速度拋出一個(gè)物體，不計(jì)空氣阻力，它們的落地點(diǎn)相同嗎？不計(jì)空氣阻力，它們的落地點(diǎn)相同嗎？速度大的水平位移速度大的水平位移大，落地點(diǎn)較大，落地點(diǎn)較遠(yuǎn)遠(yuǎn) 如果如果被拋出物體的速度足夠大，物體的運(yùn)動(dòng)情被拋出物體的速度足夠大，物體的運(yùn)動(dòng)情形又如何呢？形又如何呢？牛頓的猜想牛頓的猜想 物體物體初速度達(dá)到多大時(shí)就可以發(fā)射成為一初速度達(dá)到多大時(shí)就可以發(fā)射成為一顆人造衛(wèi)星呢顆人造衛(wèi)星呢? ? 牛頓牛頓曾曾設(shè)想，從設(shè)想，從高山上用不同的高山上用不同的水平速度拋出水平速度拋出物體，速度物體，速度一次比一次一次比一次大，則大，則落點(diǎn)一次比一次落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn)，如果速度遠(yuǎn)

3、，如果速度足夠足夠大大， 物體物體就不再落就不再落到地面到地面上來，上來，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為一顆一顆人造地球人造地球衛(wèi)星衛(wèi)星。建立模型建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速衛(wèi)星繞地球做勻速圓周圓周 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)基本思路基本思路：向心力由地球?qū)πl(wèi)星向心力由地球?qū)πl(wèi)星的的 萬有引力提供萬有引力提供請同學(xué)們請同學(xué)們計(jì)算計(jì)算：已知地：已知地球半徑球半徑 R = 6400 km，地球，地球質(zhì)量質(zhì)量 M = 6.01024 kg，衛(wèi)星在，衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地面附近環(huán)繞地球地球做做勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必所必須具有的速度有多大？須具有的速度有多大？7.9 km/sGMvR=22MmvGmrr= =

4、GMvr= =6.25 如果如果不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的重力加重力加速度速度 g，如何求宇宙第一，如何求宇宙第一速度速度 v ？由由和和222MmvGmgRGMRR 則則639.8 6.4 10m s7.9 10m s7.9 km svgR 由此可見，由此可見，v = 7.9 km/s，這就是物體在地面附近繞，這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具備的最小發(fā)射速度，地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具備的最小發(fā)射速度，稱為稱為第一宇宙速度第一宇宙速度。 在在地面附近發(fā)射飛行器，如果它的速度地面附近發(fā)射飛行器，如果它的速度大于大于 7.9 km/s 會(huì)

5、會(huì)怎樣呢？怎樣呢？1. 第一宇宙速度第一宇宙速度：v = 7.9 km/s (地面附地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）2. 第二宇宙速度第二宇宙速度：當(dāng)物體當(dāng)物體的地面發(fā)射速的地面發(fā)射速度度大于或大于或等于等于11.2 km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。我們離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。我們把這個(gè)速度叫作第二宇宙速度把這個(gè)速度叫作第二宇宙速度。3. 第三宇宙速度第三宇宙速度：如果物體如果物體的地面發(fā)射速度的地面發(fā)射速度大于或等于大于或等于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的，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

6、。這個(gè)速度叫第三宇宙速度。宇宙空間去。這個(gè)速度叫第三宇宙速度。發(fā)發(fā)射射速速度度 16.7 km/s 稱為第三稱為第三宇宙速度宇宙速度“旅行者旅行者1號(hào)號(hào)”探測器探測器1988 年年飛出太陽系飛出太陽系 v運(yùn)行速度：運(yùn)行速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定指衛(wèi)星在穩(wěn)定的圓周軌道的圓周軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。v發(fā)射速度：發(fā)射速度：指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的水平初速度。指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的水平初速度。注意：注意：（1）第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度）第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,最大的環(huán)繞速度最大的環(huán)繞速度。討論討論 （2）發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星困難，原因是發(fā)射發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌

7、道衛(wèi)星困難，原因是發(fā)射高軌道衛(wèi)星時(shí)火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?。高軌道衛(wèi)星時(shí)火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α發(fā)射發(fā)射v運(yùn)行運(yùn)行例例1. 發(fā)射發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，如人造衛(wèi)星，如果果它的軌道半徑是地球半徑它的軌道半徑是地球半徑的的 4 倍，它倍，它的軌道速度是的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？第一宇宙速度的多少倍？211212vrvr2112vv 解解: :萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律有頓第二定律有設(shè)第一宇宙速度設(shè)第一宇宙速度為為 v1，衛(wèi)星，衛(wèi)星的軌道速度的軌道速度

8、為為 v2 22MmvGmRR GMvR= =1. A 星球星球的第一宇宙速度的第一宇宙速度為為 9 km/s，已知已知 B 星球星球的質(zhì)的質(zhì)量量是是 A 星球星球質(zhì)量質(zhì)量的的 1/81，A 星球星球半徑半徑是是 B 星球星球半徑半徑的的 4 倍倍，則，則在在 B 星球星球上發(fā)射上發(fā)射“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約的環(huán)繞速度約為為 km/s。29BB AAA BvM rvM r22 km/s9BAvv2例例2. 關(guān)于關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中正確的第一宇宙速度，下列說法中正確的是（是（ ）A. 它它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B. 它它是人造地球衛(wèi)星

9、在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度C. 它它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D. 它它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度BC1. 衛(wèi)星衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)和受力特點(diǎn)繞地球的運(yùn)動(dòng)和受力特點(diǎn) 衛(wèi)星衛(wèi)星繞地球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供供向心力：向心力：F引引 = F向向 2. 衛(wèi)星衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)方程的動(dòng)力學(xué)方程 ( r v T 的關(guān)系的關(guān)系 )rRMmvGmmrmrmarrT22222 vr1 r31 Tr3 ar21 地球地球?qū)τ?/p>

10、對于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1 1）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越_（2 2）離地面越高，角速度越）離地面越高，角速度越_（3 3）離地面越高，周期越）離地面越高，周期越_（4 4）離地面越高，向心加速度越）離地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小一定四定，一定四定，越遠(yuǎn)越慢越遠(yuǎn)越慢例例3. 人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（法正確的是（ ） A. 半徑半徑越大，速率越大，周期越小越大，速率越大，周期越小 B. 半徑半徑越大，速率越小，周期越大越大，速率越小，周期越大 C. 所有所有衛(wèi)星的角速度均

11、相同，與半徑無關(guān)衛(wèi)星的角速度均相同，與半徑無關(guān) D. 所有所有衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān)衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān)B在在地心地心上上2. 2.現(xiàn)在現(xiàn)在有幾種衛(wèi)星？有幾種衛(wèi)星？按用途分類按用途分類: :通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星; ;氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星按軌道分類按軌道分類: :極地衛(wèi)星極地衛(wèi)星; ;赤道衛(wèi)星赤道衛(wèi)星; ;其他衛(wèi)星其他衛(wèi)星1. 1.衛(wèi)星軌道衛(wèi)星軌道的圓心在哪兒？的圓心在哪兒？三三、人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星各種各樣的衛(wèi)星各種各樣的衛(wèi)星2. 下列下列軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道的軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道的是是 ( ) 衛(wèi)星是圍繞地球的中心繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星是圍繞地球的中

12、心繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的D衛(wèi)星軌道衛(wèi)星軌道能否和某能否和某經(jīng)度線重經(jīng)度線重合？合？19611961年年4 4月月1212日蘇聯(lián)空軍少日蘇聯(lián)空軍少校校加加林乘坐東方一號(hào)載人飛加加林乘坐東方一號(hào)載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。入太空的夢想。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。號(hào)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(hào)月球探測器發(fā)射一號(hào)月球探測器發(fā)

13、射成功成功19921992年我國載人航天年我國載人航天工程正式啟動(dòng)工程正式啟動(dòng)20032003年年1010月月1515日日神舟五號(hào)神舟五號(hào)楊利偉楊利偉20052005年年1010月月1212日日神舟六號(hào)神舟六號(hào)費(fèi)俊龍聶海勝費(fèi)俊龍聶海勝20082008年年9 9月月2525日日神舟七號(hào)神舟七號(hào)翟志剛劉伯明翟志剛劉伯明景海鵬景海鵬一、人造衛(wèi)星的原理一、人造衛(wèi)星的原理二、宇宙速度二、宇宙速度 1. 第一宇宙速度第一宇宙速度（環(huán)繞速度）（環(huán)繞速度） v1 = 7.9 km/s 2. 第二宇宙速度第二宇宙速度（脫離速度）（脫離速度） v2 = 11.2 km/s 3. 第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度

14、）（逃逸速度） v3 = 16.7 km/s三、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、夢想成真四、夢想成真例例5. 求求近地衛(wèi)星的周期近地衛(wèi)星的周期地地3 2rTGM 631124(6.37 10 ) =2 3.14s6.67 105.98 10 3 5.06 10 s = 83.4 min我們能發(fā)射一顆周期為我們能發(fā)射一顆周期為80 min的衛(wèi)星嗎？的衛(wèi)星嗎？1. 兩兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比比 m1 m2 = 1 2，軌道，軌道半徑之半徑之比比 R1 R2 = 3 1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是是 ( ) A. 周期周期之之比比 T1 T2 =

15、 3 1 B. 線速度線速度之之比比 v1 v2 = 3 1 C. 向心力向心力之之比比 F1 F2 = 1 9 D. 向心加速度向心加速度之之比比 a1 a2 = 1 9D2. 如如圖所示，圖所示，a、b、c 是是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動(dòng)在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的的 3 顆顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ） A. b、c 的的線速度大小相等，且線速度大小相等，且大于大于 a 的的線速度線速度 B. b、c的向心加速度大小相等，且的向心加速度大小相等，且大于大于 a 的的向心加速度向心加速度 C. c加速可追上同一軌道上加速可追上同一軌道上的的 b，b 減速減速可等候同一軌道上可等候同一軌道上的的 c D. a衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將增大緩慢減小，其線速度將增大D3. 根據(jù)根據(jù)觀察，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷該環(huán)是土星的觀察，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷該環(huán)是土星的連