6.5 宇宙航行 .ppt

1、6.5 宇宙航行,一、牛頓的設想,牛頓就曾設想, 從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點一次比一次遠,如不計空氣的阻力,當速度足夠大時, 物體就永遠不會落到地面上來,而圍繞地球旋轉,成為一顆人造地球衛(wèi)星了。,1、牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪:,一、牛頓的設想,2、人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學原因。,人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球對它的萬有引力作用，人造衛(wèi)星作勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供。,3、人造衛(wèi)星的運行規(guī)律 設地球質量為M，衛(wèi)星質量為m，衛(wèi)星的繞行速度v 、角速度 、周期T與軌道半徑 r 的關系,1、繞行速度v與r的關系,2、角速度與r的關系,3、周期T與r的關系,

2、高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小、角速度小，周期長。,線速度、角速度和周期與軌道半徑的關系,練習1：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星： （1）離地面越高，向心力越 （2）離地面越高，線速度越 （3）離地面越高，周期越 （4）離地面越高，角速度越 （5）離地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,練習2 兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運行，它們的質量不相等，軌道半徑之比r1:r2=1:4,則它們的 (1)線速度大小之比 v1:v2= (2)周期之比 T1:T2 =,4、地球同步衛(wèi)星,1. 周期 T = _,24h,2. 軌道平面_,赤道平面,4. R、v、T、an,3. h =_,36000km,“全部

3、固定”,相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星。,思考：同步衛(wèi)星的哪些物理量是不變的呢？,同步衛(wèi)星又叫靜止軌道衛(wèi)星，通常用作通訊衛(wèi)星,結論： 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。,人造衛(wèi)星發(fā)射速度與運行速度,（1）發(fā)射速度：指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度。衛(wèi)星一旦發(fā)射后就再無能量補充，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。,（2）運行速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度,注意：衛(wèi)星的實際運行速度一定小于發(fā)射速度,二、宇宙速度,分析,當衛(wèi)星在地面附近繞地球運行，軌道半徑r即為地

4、球半徑R,1、第一宇宙速度,地球半徑R=6400km，地球質量M=5.981024kg,衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度第一宇宙速度 。,最小的發(fā)射速度 ， 最大的運行速度。（半徑最?。?要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s 。但所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度（在軌道上的速度）都必須小于7.9Km/s。所以第一宇宙速度是：,計算,2、第二宇宙速度,大?。簐=11.2km/s 意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能克服地球的引力作用，永遠的離開地球而繞太陽運動。,注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡不是圓，而是橢圓；等于

5、或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。,3、第三宇宙速度,大?。簐=16.7km/s 意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外。,注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。,練習3、 求：人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運動的周期T.,=84.6min,最小周期,問題：能否發(fā)射一顆周期為分鐘的人造衛(wèi)星？,三、夢想成真,1957年10月，原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行

6、一圈,請同學們根據(jù)所學知識計算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星的線速度是多少？,世界航天,幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了東方一號載人飛船。實現(xiàn)了人類第一次進入太空。他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗。,火箭點火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時108分，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類進入太空的豐碑。,世界航天,1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球。當時，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在月球上邁出了一小步，確是人類邁出的一大步。,世界航天,航天飛機資料：可重復使用的用運載火箭發(fā)射的飛行器，用于進入地球軌道，

7、在地球與軌道航天器之間運送人員和物資，并滑翔降落于地面。,1984年4月12日，第一架航天飛機哥倫比亞號發(fā)射成功。,世界航天,2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機上的七名宇航員，包括六名美國人及一名以色列人全部遇難。,無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。,世界航天,“哈勃”太空望遠鏡 哈勃望遠鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元，于1990年4月25日由美國航天飛機送上高590千米的太空軌道。,哈勃望遠鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠鏡。它上面的廣角行星相機可拍攝到幾十到上百個恒星照片，其清晰度是地面天文

8、望遠鏡的10倍以上，其觀測能力等于從華盛頓看到1.6萬千米外悉尼的一只螢火蟲。,世界航天,1975年，返回式遙感衛(wèi)星，中國第一顆返回式衛(wèi)星，用于對地觀測，運行三天后按計劃返回地面；中國是第三個掌握衛(wèi)星回收技術的國家。,1970年， “東方紅”1號，中國第一顆人造衛(wèi)星。中國是第五個能自行發(fā)射衛(wèi)星的國家。,中國航天,1984年，試驗通信衛(wèi)星：“東方紅”2號，標志著中國是世界上第5個能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國家。,通信衛(wèi)星,中國航天,飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內蒙古主著陸場這次成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎,中國航天,1992年，中國載人航天工程正式啟動 2003年10月15日9時，我國“神舟”五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國第一位航天員楊利偉送人太空,伴隨著“神舟五號的發(fā)射成功，中國已正式啟動“嫦娥工程”，開始了宇宙探索的新征程,中國航天,中國航天,嫦 娥 工 程,小結：,一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的 向心力由萬有引力提供:,二、宇宙速度 第一