1、第五节 宇宙航行,仰望星空,嫦娥奔月,外国人的飞天梦,问题:,一、牛顿关于卫星的设想,地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。,1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?,由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.,平抛运动演示,让物体做平抛运动初速度逐渐增大,一、牛顿关于卫星的设想,物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。,2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。,问题:,从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，
2、当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。,一、牛顿关于卫星的设想,思考？以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?,探究二 若已知：地球表面重力加速度 地球的半径R=6400km 探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期,探究一 若已知：地球的质量为 半径R=6400km，引力常量G= 探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期,合作探究,探究一 若已知：地球的质量为 半径R=6400km，引力常量G= 探究：物体在地球表面附近运行的线速度（第一宇宙速度）及周期,=84.6min,解：,探究二 若已知：
3、地球表面的重力加速度g= 地球的半径R=6400km 探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期,解：,=84.6min,(1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；,(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；,二、宇宙速度,第一宇宙速度 人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。,所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。,它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动 所必须具备的速度,速度在v=7.9km/s的基础上继续增大，物体做什么样的运动呢？,椭圆运动,1.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？,3.第三宇宙速
4、度是多少？它的意义是什么？,第三宇宙速度: v16.7kms，是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。,（脱离速度）,（逃逸速度）,地,1、当发射速度为7.9km/s,物体恰好环绕地球表面做圆周运动；2、当发射速度大于7.9km/s 时： 7.9km/sV11.2km/s,物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆； 11.2km/sV16.7km/s物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行； V16.7km/s物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。,二、宇宙速度,1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若 7.9km/sv11.2km/s ，它绕地球运
5、动的轨迹是椭圆. (最大环绕速度,最小发射速度),2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。,3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。,3.对于其他的星球，以上三个宇宙速度是否变化呢？,变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的,例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s 金星的第一宇宙速度是7.3km/s,注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概
6、念,运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度,发射速度指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度,V1=7.9km/s （第一宇宙速度）,最小发射速度,最大运行速度,人造卫星的r大, 需要的v发射大；而v运行却小,发射速度和运行速度,注意：宇宙速度均指发射速度,卫星的运动规律,可见：v、T 与 r 为 一 一对应关系,r为卫星的轨道半径r=R地+h,反馈练习：,1. 宇宙速度,练习1：关于第一宇宙速度，下面说法正确的 A人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度,BC,小结：第一
7、宇宙速度是发射的最小速度，是使卫星绕地球做圆周运动的最大速度,练习2：人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动，其速率是下列的（ ） A一定等于7.9 km/s B等于或小于7.9 km/s C一定大于7.9 km/s D介于7.9 km/s11.2 km/s,B,练习1：关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是（ ） A. 轨道半径越大，速度越小，周期越长 B. 轨道半径越大，速度越大，周期越短 C. 轨道半径越大，速度越大，周期越长 D. 轨道半径越小，速度越小，周期越长,A, 2.v、T与半径的关系,小结： v、随半径的增大而减小，T随 半径的增大而增大（注：对同一中心天体）
8、,D,练习2：两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA：TB=1：8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为 ABCD,三、人造卫星,1. 轨道中心,地心,2. _ 提供向心力,万有引力,地球,如图所示，A、B、C、D四条轨 道中不能作为卫星轨道的是哪条？,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上三类人造地球卫星轨道： 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。,人造地球卫星的运行轨道,相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球同步卫星，又叫
9、通讯卫星。,对于同步卫星的发射及轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？,地球同步卫星：,已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.891024kg，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求：（1）地球同步卫星的离地面高度h（2）地球同步卫星的环绕（运行）速度v,结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。,r、 v、T 、g 均为定值,同步卫星,同步卫星有以下几个特点：,同步卫星的高度：,（1）周期一定T=24h （2）在赤道平面内 （3）高度一定,1883年，俄国学者齐奥尔科夫斯
10、基提出使用火箭发射宇宙飞船的设想。,1957年10月，苏联发射 第一颗人造地球卫星。,1961年4月12日苏联空军少校 加加林乘坐东方一号载人飞 船进入太空，实现了人类进 入太空的梦想。,1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。,三、梦想成真,1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空,我国的航天成就,2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射成功,2003年10月15日 神舟五号 杨利伟,2005年10月12日 神舟六号 费俊龙聂海胜,2008年9月25日 神舟七号 翟志刚刘伯明 景海鹏,1、三个宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2 km/s； v3
11、=16.7 km/s2、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法：把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，(v为线速度、为角速度、T为周期、n为转速) 3、人造卫星的轨道和地球同步卫星特点,课堂小结,三颗人造地球卫星A、B、C 绕地球作匀速圆周运动，已知MA=MB vB = vCB周期关系为 TA TB = TCC向心力大小关系为FA=FB FCD半径与周期关系为,A B D,练 习,作业：,问题与练习2、3,神六变轨,神六飞船入轨后先是在近地点200公里，远地点350公里的椭圆轨道上运行，运行5圈时，然后变轨到距地面343公里的圆形轨道。 10月12日15时55分，北京航天飞控中心发出指令，启动神舟六号轨控发动机，从15时54分45秒开始，发动机工作了63秒，飞船的运动已接近圆形，变轨成功了！,比较v1、v2、v3的大小?,神州六号的相关问题,v1_v2,v2_v3,v1_v3,v1v3v2,
