宇宙航行(1用)

1、1 1、科學衛(wèi)星、科學衛(wèi)星2 2、技術實驗衛(wèi)星、技術實驗衛(wèi)星3.3.應用衛(wèi)星應用衛(wèi)星酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地 西昌衛(wèi)星發(fā)射中心西昌衛(wèi)星發(fā)射中心 太原衛(wèi)星發(fā)射中心太原衛(wèi)星發(fā)射中心 思考思考：n1.1.萬有引力定律的表達式？萬有引力定律的表達式？n2.2.行星運動向心力的來源？行星運動向心力的來源？n3.小球從同一高度做平拋運動，隨初速度的增大，小球從同一高度做平拋運動，隨初速度的增大，n軌跡將如何變化？軌跡將如何變化？ 拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？問題：牛頓的思考與設想：拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結果？

2、 牛頓的設想過程法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 .7/62411104 .61089.51067.6法二：重力提供物體作圓周運動的向心力法二：重力提供物體作圓周運動的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？動，不會落下來？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質量地球質量M=5.891024kg, 地球半徑地球半徑R=6400km) （若已知

3、地球表面重力加速度（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）一宇宙速度一宇宙速度 1 1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v v1 1=7.9km/s=7.9km/s它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度所必須具備的速度 n說明：說明：（）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)（）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；星將落到地面而不能繞地球運轉；（）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能拋出在（）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能拋出在地球地球表面附近作勻速圓周運動；表面附近作勻速圓周運動；

4、( 3 ）如果大于）如果大于7.9km/s，而小于而小于11.2km/s，衛(wèi)衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點軌道的一個焦點 、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脫離速度）（脫離速度）n這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度行的人造行星的最小發(fā)射速度n如果人造天體的速度大于如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點v2=

5、11.2 km/s3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度） n這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度n如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了v3=16.7 km/sV1=7.9Km/sV2=11.2Km/sV3=16.7Km/s探究問題二：探究問題二：（1）如圖所示，）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？道的是哪一條？abc提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地

6、心必須指向地心（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉同步？轉同步？同步衛(wèi)星的必須在赤道上空同步衛(wèi)星的必須在赤道上空F向向= F引引F向向F引F引引 同步衛(wèi)星也叫靜止軌道衛(wèi)星課堂練習一： 已知地球的半徑是已知地球的半徑是6400km6400km，地球自轉的周期，地球自轉的周期24h24h，地球的，地球的質量質量5.895.8910102424kgkg，引力常量，引力常量=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若，若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求： （1 1）地球同步衛(wèi)星的離地面

7、高度）地球同步衛(wèi)星的離地面高度h h （2 2）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v v三、地球同步衛(wèi)星三、地球同步衛(wèi)星1. 周期周期 T = _24h2. 軌道平面軌道平面_赤道平面赤道平面4. R4. R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“全部固定全部固定”（如何求？）（如何求？） 相對于地面靜止且相對于地面靜止且與地球自轉具有相同與地球自轉具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星，又叫通的同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星訊衛(wèi)星思考：同步衛(wèi)星的哪些思考：同步衛(wèi)星的哪些物理量是不變的呢？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

8、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：結論： 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。繞地球做圓周運動。同步衛(wèi)星的個數(shù)同步衛(wèi)星的個數(shù)大約大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有步通訊衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也顆?？梢?，空間位置也是一種資源。是一種資源。 二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度 發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念 （1 1）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附

9、近離開發(fā)射裝置）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，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，進入運動軌道度，進入運動軌道（2 2）環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻）環(huán)繞速度：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當衛(wèi)星速圓周運動的線速度當衛(wèi)星“貼著貼著”地面運行時，運地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度行速度等于第一宇宙速度 注意：衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度注意：衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度思考：對于繞

10、地球運動的人造衛(wèi)星：思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1 1）離地面越高，向心力越）離地面越高，向心力越 （2 2）離地面越高，線速度越）離地面越高，線速度越（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，角速度越）離地面越高，角速度越（5 5）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小小 課堂練習：人造衛(wèi)星的運行規(guī)律課堂練習：人造衛(wèi)星的運行規(guī)律衛(wèi)星的繞行速度衛(wèi)星的繞行速度v v 、角速度、角速度 、周期、周期T T與軌道半徑與軌道半徑 r r 的關系的關系1 1、繞行速度、繞行速度v v與與r r的關系的關系2vFmr2MmFGrr rv vG

11、Mvr2 2、角速度、角速度與與r r的關系的關系2Fmr2MmFGr3GMr3 3、周期、周期T T與與r r的關系的關系2Fmr2T22FmrT2MmFGr234rTGM不同高度的衛(wèi)星不同高度的衛(wèi)星課堂練習：課堂練習：人造衛(wèi)星的運行規(guī)律人造衛(wèi)星的運行規(guī)律線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：rGMv3rGMGMrT322rGMa 第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？探究問題三：探究問題三：提示：提示：同步衛(wèi)星速度：同步衛(wèi)星速度：V=3.1km/s v1=7.9km/s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, ,也是最大的環(huán)繞速度也是最大的環(huán)繞速度結論結論:練習：練習：求近地衛(wèi)星的周期求近地衛(wèi)星的周期6 31124(6.37 10 ) 2 3.146.67 105.98 10 s 地GMrT32我們能否發(fā)射一顆周期為我們能否發(fā)射一顆周期為80mi