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)量無關(guān)“一定全定”

行星不同高度的衛(wèi)星拋出的石頭會落地，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，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結(jié)果？牛頓的設(shè)想過程法一：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力法二：重力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運(yùn)動，不會落下來？(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)動所必須具備的速度．說明：（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）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動；

（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，則它繞太陽作橢圓運(yùn)動，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點(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引力的束縛而飛到太陽系外了．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)行速度是兩個不同的概念．

（1）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(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．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)動的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時，運(yùn)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．探究問題二：（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)動周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，衛(wèi)星相對于地面靜止，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）線速度大小（約為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，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？。——雖然“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?！驗橄蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球引力對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：對于繞地球運(yùn)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)入了東方一號載人飛船。飛船繞地球飛行一圈，歷時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32分，阿波羅11號飛船在美國卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日10時56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出那句載入史冊的名言：“對個人來說，這不過十小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍?！?、1992年中國載人航天工程正式啟動。2003年10月15日9時，我國神州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入太空。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(nèi)蒙古主著陸場。四、夢想成真5、2005年10月12日—17日，神舟六號載人飛船經(jīng)過115小時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)實驗后返航順利著陸，航天員費(fèi)俊龍、聶海勝安全返回。6、我國探月計劃

2004年－2007年

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

2007年－2012年

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

2012年－2017年

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

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