第六章第五節(jié)宇宙航行

物作者：馬偉2013年3月22日理引入新課

自從1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來，人類已向太空發(fā)射了各種不同用途的衛(wèi)星，在生產(chǎn)、生活和科研中得到了廣泛的應(yīng)用。那么人造衛(wèi)星的發(fā)射需要滿足什么條件？衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動又有什么規(guī)律呢？這一節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)人造衛(wèi)星的問題。第6章第5節(jié)宇宙航行一、牛頓的設(shè)想牛頓就曾設(shè)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(diǎn)一次比一次遠(yuǎn),如不計(jì)空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時,物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星了。ABCDOV0一、牛頓的設(shè)想

設(shè)地球的質(zhì)量為M，繞其做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星的質(zhì)量為m

，衛(wèi)星到地心的距離為r，求衛(wèi)星的線速度(v)、角速度(ω)、周期(T)和向心加速度(an)的表達(dá)式。二、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動MrRm二、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動“高軌低速長周期”極地軌道一般軌道赤道軌道所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上平面立體赤道平面二、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動猜一猜：什么樣的衛(wèi)星的速度最大？在地面附近做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星叫近地衛(wèi)星注意v=7.9km/s是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大速度。T=84分鐘是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最小周期。二、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動——近地衛(wèi)星可以認(rèn)為r近似等于地球半徑R地球Rr1.周期T=_______24h2.軌道平面___________在赤道平面內(nèi)4.r、v、ω、T、an_______________3.h=_________36000km“全部固定”（如何求？）

相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(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(jié)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(yùn)動。二、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動——同步衛(wèi)星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1、第一宇宙速度三、宇宙速度

物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，叫做第一宇宙速度。衛(wèi)星勻速環(huán)繞的最大速度PV=7.9Km/s11.2>V>7.9V>11.2Km/S探究:

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s

，會怎樣呢？三、宇宙速度脫離速度當(dāng)物體的速度等于或大16.7km/s時，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我們把16.7km/s叫做第三宇宙速度。逃逸速度2、第二宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度。

3、第三宇宙速度三、宇宙速度思考：你如何理解第一宇宙速度（v=7.9千米/秒）是地球衛(wèi)星最大的繞行速度，也是地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度？

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/s三、宇宙速度1、v=7.9km/s是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動（不含橢圓）的最大速度。2、在地面附近發(fā)射衛(wèi)星，如果速度小于v=7.9km/s，引力大于所需的向心力，衛(wèi)星將落回地面。思考：

若地球質(zhì)量未知，而知道地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6400km,能否求出第一宇宙速度？我國航天簡記我國于1970年4月24日成功地研制并發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”，成為世界上第五個獨(dú)立自主研制和發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家我國是世界上第三個掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國家，衛(wèi)星回收成功率達(dá)到國際先進(jìn)水平；我國是世界上第五個獨(dú)立研制和發(fā)射地球靜止軌道通信衛(wèi)星的國家1999年11月20日至21日，中國成功地發(fā)射并回收了第一艘“神舟”號無人試驗(yàn)飛船，標(biāo)志著中國已突破了載人飛船的基本技術(shù)，神舟回眸：神舟一號

發(fā)射時間：1999年11月20日6時30分7秒神舟五號發(fā)射時間：2003年10月15日09時00分宇航員：楊利偉這次的成功發(fā)射標(biāo)志著中國成為繼前蘇聯(lián)（現(xiàn)由俄羅斯承繼）和美國之后，第三個有能力獨(dú)自將人送上太空的國家神舟六號

發(fā)射時間：2005年10月12日9時0分0秒宇航員：費(fèi)俊龍和聶海勝神舟七號

發(fā)射時間：2008年9月25日21時10分航天員：翟志剛、劉伯明、景海鵬神舟九號發(fā)射時間：2012年6月16日18時37分航天員：景海鵬、劉旺和女航天員劉洋

神舟九號實(shí)現(xiàn)了與天宮一號對接“嫦娥一號”月球探測衛(wèi)星于2007年10月24日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征三號甲”運(yùn)載火箭發(fā)射升空。運(yùn)行在距月球表面200千米的圓形極軌道上執(zhí)行科學(xué)探測任務(wù)。小結(jié)：一、人造衛(wèi)星：在地球上拋出的物體，當(dāng)它的速度足夠大時，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星。簡稱人造衛(wèi)星。地球1、第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、勻速圓周運(yùn)動）二、宇宙速度：2、第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的吸引，不在繞地球運(yùn)行。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：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。

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/s閱讀材料宇宙探秘“黑洞”作業(yè):練習(xí)二.(1)、(2)、(7)題動動腦，動動手思考1：設(shè)地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，利用所學(xué)知識，你能推導(dǎo)第一宇宙速度的另一表達(dá)式

嗎？思考2：有人根據(jù)公式說：人造衛(wèi)星的軌道半徑增大2倍，衛(wèi)星的速度也增大2倍。但由公式可知，軌道半徑增大時，衛(wèi)星的速度是減小的。應(yīng)當(dāng)怎樣理解這個問題？

動動腦，動動手思考3：一位同學(xué)根據(jù)向心力公式說，如果人造衛(wèi)星的質(zhì)量不變，當(dāng)軌道半徑增大到2倍時，人造衛(wèi)星需要的向心力減小為原來的1/2；另一位同學(xué)根據(jù)衛(wèi)星的向心力是地球?qū)λ?，由公式推斷，?dāng)軌道半徑增大到2倍時，人造衛(wèi)星需要的向心力減小為原來的1/4。哪位同學(xué)的說法對？說明理由。

思考4：人造地球衛(wèi)星由于大氣阻力的作用,軌道半徑逐漸變小,它的線速度怎樣變化?為什么?周期怎樣變化?為什么?動動腦，動動手思考5：由公式可知,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑越大