高中物理 宇宙航行課件 新人教版必修2

宇宙航行推導(dǎo)衛(wèi)星繞行星線速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系?rvwTa與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)“一定全定”

行星不同高度的衛(wèi)星拋出的石頭會(huì)落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒(méi)有落下來(lái)？衛(wèi)星月亮沒(méi)有落下來(lái)必須具備什么條件？問(wèn)題：牛頓人造衛(wèi)星原理圖牛頓的思考與設(shè)想：拋出的速度v越大時(shí)，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？牛頓的設(shè)想過(guò)程法一：萬(wàn)有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力法二：重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力探究問(wèn)題一：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來(lái)？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2

,地球質(zhì)量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6400km)

（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）一宇宙速度1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s．它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具備的速度．說(shuō)明：（１）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(yùn)轉(zhuǎn)；

（２）等于這個(gè)速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；

（3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行，地心就成為橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)．

２、第二宇宙速度（脫離速度）

這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度．如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它繞太陽(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)就成為該橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)．v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）

這是衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)引力束縛的最小發(fā)射速度．如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽(yáng)引力的束縛而飛到太陽(yáng)系外了．v3=16.7km/s（一）、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念．

（1）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道．發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度（2）環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度．

注意：衛(wèi)星的實(shí)際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度．探究問(wèn)題二：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？abc提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必須指向地心（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉(zhuǎn)同步？衛(wèi)星的軌道其他軌道極地軌道赤道軌道二、同步衛(wèi)星1、定義：如果人造衛(wèi)星在赤道上空自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，即和地球自轉(zhuǎn)同步，叫同步衛(wèi)星。課堂練習(xí)：

已知地球的半徑是6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期24h，地球的質(zhì)量5.89×1024kg，引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2

，若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：（1）地球同步衛(wèi)星的離地面高度h（2）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v(1)、距地面的高度h(2)、線速率v(r=h+R)同步衛(wèi)星4、特點(diǎn)：（1）定點(diǎn)在赤道上空（2）周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同（3）距離地面的高度高度一定（約距地面36000km）（5）線速度大?。s為3.1km/s）（二）、宇宙速度（1）mMV=?r半徑越大，環(huán)繞速度越小。

討論1：

質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星，繞質(zhì)量為M的地球作半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星的線速度有V與軌道半徑r之間有何關(guān)系呢？方程：結(jié)論：分析：萬(wàn)有引力作為向心力:宇宙速度（2）高軌道低軌道討論2：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星容易還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星容易？?！m然“R大，V小”，但向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星難?！?yàn)橄蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球引力對(duì)它的引力做的功多第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？探究問(wèn)題三：提示：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,也是最大的環(huán)繞速度結(jié)論:課堂練習(xí)：線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：思考：對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)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能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？

課堂練習(xí):衛(wèi)星的最小周期航天史：1、1957年10月4日世界上第一顆人造衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。2、1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108分，安全降落在地面，鑄就了人類進(jìn)入太空的豐碑。3、1969年7月16時(shí)32分，阿波羅11號(hào)飛船在美國(guó)卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開(kāi)人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日10時(shí)56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說(shuō)出那句載入史冊(cè)的名言：“對(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)，這不過(guò)十小小的一步，但對(duì)人類而言，卻是巨大的飛躍?！?、1992年中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)。2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)神州五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)。四、夢(mèng)想成真5、2005年10月12日—17日，神舟六號(hào)載人飛船經(jīng)過(guò)115小時(shí)32分的太空飛行，在完成我們真正意義上有人參與的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)后返航順利著陸，航天員費(fèi)俊龍、聶海勝安全返回。6、我國(guó)探月計(jì)劃

2004年－2007年

為“繞”的階段，主要目標(biāo)是發(fā)射“嫦娥一號(hào)”探測(cè)衛(wèi)星，對(duì)月球進(jìn)行為期1年的全球性、整體性和綜合性探測(cè)。

2007年－2012年

為“落”的階段，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月球表面軟著陸與月球巡視探測(cè)。

2012年－2017年

為“回”的階段，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月球表面軟著陸并采樣返回。

只有完成了這三個(gè)階段后，中國(guó)才有可能考慮和實(shí)施載人登月。小結(jié)1、宇宙速度