第五節(jié)宇宙航行

顯示軌跡線隱藏軌跡線雙星的運(yùn)動第5節(jié)宇宙航行新泰一中北區(qū)高一物理備課組中國人的飛天夢外國人的“飛天”夢飛天之夢的歷史問題: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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)的向心力,故月球不會落到地面上來.一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想

物體做平拋運(yùn)動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠(yuǎn)。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(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星.ABCOV0D問題:問題情境

從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠(yuǎn)繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星。一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想？

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(yùn)動的衛(wèi)星?

g=9.8m/s2，R=6400km，代入數(shù)據(jù)得：推導(dǎo)方法：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。第一宇宙速度意義在哪里呢？二、宇宙速度

2.有沒有貼著地球表面飛行的衛(wèi)星，為什么

發(fā)射速度：不同于電視上看到的衛(wèi)星發(fā)射，這里指衛(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(bǔ)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(jìn)入運(yùn)動軌道；運(yùn)行速度：衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動的線速度。（補(bǔ)充）：衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運(yùn)行速度的區(qū)別思考與討論1、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.結(jié)論：第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度？2、在所有的環(huán)繞地球運(yùn)動的衛(wèi)星中，速度最大的是哪一個？由知：離地球最近的衛(wèi)星，即近地衛(wèi)星速度最大，最大速度即第一宇宙速度結(jié)論：第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度，同時也是最小發(fā)射速度。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(yùn)動的速度V=7.9km/s，若7.9km/s<v<11.2km/s，它繞地球運(yùn)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(yuǎn)離開地球。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)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。二、宇宙速度思路：將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動都近似看成勻速圓周運(yùn)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(yùn)行的規(guī)律

結(jié)論：

衛(wèi)星的運(yùn)行速度、角速度、運(yùn)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(yùn)行速度越小，周期越長，發(fā)射需要的初速度越大。

三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律地球動畫演示高軌低速長周期四、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(yùn)行的速率？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??！

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(yùn)行軌道

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：同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個特點(diǎn)：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請大家注意觀測，衛(wèi)星在各位置的速度變化h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84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1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球。五、夢想成真1970年4月24日我國第一顆人造衛(wèi)星升空我國的航天成就2007年10月24日嫦娥一號月球探測器發(fā)射成功五、夢想成真2003年10月15日神舟五號楊利偉2005年10月12日神舟六號費(fèi)俊龍聶海勝2008年9月25日神舟七號翟志剛劉伯明景海鵬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(yùn)動，包括人造衛(wèi)星的運(yùn)動基本方法：把天體或人造衛(wèi)星的運(yùn)動看作勻速圓周運(yùn)動，且萬