宇宙航行(第1課時).ppt

1、人造衛(wèi)星的運行v、T、a與r的關系,5、宇宙航行,需要給物體以多大的速度，它才會不落回到地面呢?,從 高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠。如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星。,以平拋運動為模型的推理過程,地球,牛頓人造衛(wèi)星原理圖,R,設地球的質量為M，繞地球做勻速圓周運動的飛行器的質量m，飛行器的速度為v，它到地心的距離為r。,建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,基本思路：衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力由地球對衛(wèi)星的萬有引力提供。,人造衛(wèi)星運動的速度,F,v,r,m,M,1、衛(wèi)星離地心越遠，它的運行速度就越小。,2、向高軌道發(fā)射衛(wèi)星的難

2、度較大，火箭要克服地球對它的引力做更多的功，這就要求其發(fā)射速度較大。,要使一個物體在地面附近恰能圍繞著地球做圓周運動，需要為它提供多大的速度?,R,環(huán)繞速度： 指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉動的線速度。,發(fā)射速度： 指被發(fā)射物體剛剛被射入軌道的初速度。,宇宙速度,要使物體恰能在地面附近繞地球做勻速圓周運動，至少以7.9km/s的速度發(fā)射，并以這一速度圍繞地球表面做勻速圓周運動。把這一速度稱為第一宇宙速度。,1、第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度 （發(fā)射速度不能低于它，否則衛(wèi)星將不能環(huán)繞地球做圓周運動而落回地面）,第一宇宙速度（環(huán)繞速度）,2、第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度 （在環(huán)繞地球做勻速圓周運動

3、的所有可能速度中）,在地面附近發(fā)射飛行器，如果發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。,第二宇宙速度：11.2km/s,當物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會掙脫地球的引力束縛，不再繞地球運行，而是飛向太陽系的其它空間中去。我們把這個速度叫第二宇宙速度。,第二宇宙速度（脫離速度）,第三宇宙速度: 16.7km/s,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,第三宇宙速度（逃逸速度）,各種各樣的衛(wèi)星,1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射了 世界上第一顆人造地球衛(wèi)星,我國在1970年4月

4、20日發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星,2003年10月15日，神州五號載人宇宙飛船發(fā)射升空,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時，是地球的引力提供向心力，衛(wèi)星受到地球的引力方向指向地心，而做圓周運動的向心力方向始終指向圓心，所以衛(wèi)星圓周運動的圓心和地球的地心重合。這樣就存在三類人造地球衛(wèi)星軌道：赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方；極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空；一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。,人造地球衛(wèi)星的運行軌道,F引,F1,F2,赤道平面,北,南,東,西,地球同步衛(wèi)星的特點,1、同步衛(wèi)星與地球同步轉動，又稱靜止衛(wèi)星（相對地面靜止） （1）周期、角速度與地球自轉

5、周期、角速度相同，所有同步衛(wèi)星T=24h。 （2）軌道確定： 只能在赤道面的正上方，且為一定高度處。,F引,F1,F2,赤道平面,北,南,東,西,B,A,先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的圓形近地的圓軌道上，在衛(wèi)星經過A點時點火加速（噴氣發(fā)動機工作）實施變軌進入橢圓形轉移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的A，遠地點為同步圓軌道上的B點），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。兩次點火過程都使衛(wèi)星沿切線方向加速，并且點火時間很短。,發(fā)射同步衛(wèi)星的一種程序,設衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在A點短時間加速后的速率為v2，沿轉移軌道剛到達遠地點B時的速率為v3，在B點短時間加速后進入

6、同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用小于號將它們排列起來。,發(fā)射同步衛(wèi)星的一種程序,人造衛(wèi)星的運行v、T、a與r的關系,夢想成真,在科學技術欠發(fā)達的古代，“嫦娥奔月”只能是美麗的傳說。1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，從而開創(chuàng)了人類的航天新紀元。 1961年4月12日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘“東方號”載入飛船，揭開了人類進入太空的序幕。 1969年7月20日，美國“阿波羅”11號飛船的登陸艙降落在月球附近的靜海區(qū)，首次實現(xiàn)了人類登上月球的理想 2003年10月15日，中國宇航員楊利偉乘坐“神舟五號”飛船繞行地球14圈 人類進入了航天時代,

7、阿波羅蹬月.wmv,夢想成真,黑洞,黑洞.asx,恒星被黑洞撕裂 科學家借助太空望遠鏡在一個距地球億光年的星系中觀測到了耀眼的射線暴發(fā)?？?學家相信，這是被位于該星系中央的黑洞所吞噬的一顆恒星發(fā)出的“臨終呼叫”。,1、同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星（ ）。 A、它可以在地面上任一點的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同值 B、它可以在地面上任一點的正上方，但離地心的距離是一定的 C、它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同值 D、它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的。,2、已知地球的半徑為R、自轉角速度為、周期為T、地球的質量為M、地球表面的重力加速度為g0、萬

8、有引力常量為G，在赤道上空一顆相對地球靜止的同步衛(wèi)星離開地面的高度h有幾種計算方法？列出全部的表達式。,3、設地球的質量為M，半徑為R，自轉角速度為，萬有引力常量為G，地球表面重力加速度為g，同步衛(wèi)星的質量為m，離地心的距離為h，則同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v為（ ）。,h,A,B,C,D,火箭發(fā)射人造衛(wèi)星進入衛(wèi)星軌道,大致分為三個階段。 第一階段：火箭在大氣密度最大的一層內飛行，阻力很大。為了盡快擺脫稠密的大氣層，通常采用垂直向上發(fā)射，在幾分鐘內使火箭加速到足夠大的速度，這是加速階段。一般靠第一級和第二級火箭完成 。 第二階段：第二級火箭脫落后，火箭已經飛出了稠密的大氣層，這時第三級火箭并不立即發(fā)動，它靠第一階段獲得的速度繼續(xù)升高而作慣性飛行。同時在地面中心控制站的控制下，火箭軌道偏離垂直方向，逐漸轉變?yōu)樗椒较颉?加速階段,慣性飛行階段,進入軌道,稠密大氣層,地球,第三階段：當火箭達到與衛(wèi)星軌道相切位置時，發(fā)動第三級火箭，使火箭連同它所載的衛(wèi)星加速到預定的速度而進入衛(wèi)星軌道。衛(wèi)星進入軌道后，通常就與火箭脫落。,m1,m2,r1,r2,O,宇宙中往往會有相距較近，質量可以相比的兩顆星球，它們離其它星球都較遠，因此其它星球對它們的萬有引力可以忽略不計。在這種情況下，它們將各自圍繞它們連線上的某一固定點做同周期的