宇宙航行（定稿）

第六章萬有引力與航天,5宇宙航行,嫦娥奔月,外國人的飛天夢,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”載人飛船，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,時至今日，數(shù)千顆人造衛(wèi)星正在按照萬有引力定律為它們“設定”的軌道繞地球運轉(zhuǎn)著。牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律取得了如此輝煌的成就，以至于阿波羅8號從月球返航的途中，當?shù)孛婵刂浦行膯柤啊笆钦l在駕駛”的時候，指令長這樣回答：“我想現(xiàn)在是牛頓在駕駛?！?牛頓的設想,牛頓設想的人造衛(wèi)星原理圖,一、宇宙速度,(已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.891024kg,地球半徑R=6400km),（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）,探究問題一：,這個“足夠大的速度”應該有多大呢？,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,v=7900m/s,物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的線速度，叫第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度,適用于計算任一天體的第一宇宙速度,討論：向高軌道與向低軌道發(fā)射衛(wèi)星相比哪個難度大？哪個需要的發(fā)射速度大？,高軌道衛(wèi)星與低軌道衛(wèi)星相比哪個運行速度大？,注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念,運行速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度,發(fā)射速度指被發(fā)射物體離開地面時的速度,V1=7.9km/s（第一宇宙速度）,最小發(fā)射速度,最大運行速度,人造衛(wèi)星的r大,需要的v發(fā)射大；而v運行卻小,3、第三宇宙速度：v=16.7千米/秒（衛(wèi)星掙脫太陽束縛的最小發(fā)射速度）,1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v=7.9千米/秒（地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度）,2、第二宇宙速度（逃逸速度）：v=11.2千米/秒（衛(wèi)星掙脫地球束縛變成小行星的最小發(fā)射速度）,或,一、宇宙速度,二、人造地球衛(wèi)星,1、基本思路：萬有引力（重力）提供向心力,思考：對于繞地球運動的人造衛(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,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？,提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心,赤道平面,南,東,西,北,地球同步衛(wèi)星軌道,A,B,C,D,F1,F2,赤道平面,北,南,東,西,地球同步衛(wèi)星軌道,所有同步衛(wèi)星都具有如下特點：1.只能分布在一個確定的赤道軌道上。2.周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同:T24h。角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同。3.離地面高度:h=36000km。4.線速度:v=3.1km/s。,同步衛(wèi)星,與地球相對靜止的人造衛(wèi)星,1.為了同步衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢姡臻g位置也是一種資源。2.同步衛(wèi)星主要用于通訊。要實現(xiàn)全球通訊，只需三顆同步衛(wèi)星即可。,三、夢想成真,1957年10月，原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一圈,請同學們根據(jù)所學知識計算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星的線速度是多少？,世界航天,幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了東方一號載人飛船。實現(xiàn)了人類第一次進入太空。他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗。,火箭點火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時108分，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類進入太空的豐碑。,世界航天,1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球。當時，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在月球上邁出了一小步，確是人類邁出的一大步。,世界航天,航天飛機資料：可重復使用的用運載火箭發(fā)射的飛行器，用于進入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運送人員和物資，并滑翔降落于地面。,1984年4月12日，第一架航天飛機哥倫比亞號發(fā)射成功。,世界航天,2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機上的七名宇航員，包括六名美國人及一名以色列人全部遇難。,無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。,世界航天,“哈勃”太空望遠鏡哈勃望遠鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元，于1990年4月25日由美國航天飛機送上高590千米的太空軌道。,哈勃望遠鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠鏡。它上面的廣角行星相機可拍攝到幾十到上百個恒星照片，其清晰度是地面天文望遠鏡的10倍以上，其觀測能力等于從華盛頓看到1.6萬千米外悉尼的一只螢火蟲。,世界航天,1975年，返回式遙感衛(wèi)星，中國第一顆返回式衛(wèi)星，用于對地觀測，運行三天后按計劃返回地面；中國是第三個掌握衛(wèi)星回收技術的國家。,1970年，“東方紅”1號，中國第一顆人造衛(wèi)星。中國是第五個能自行發(fā)射衛(wèi)星的國家。,中國航天,1984年，試驗通信衛(wèi)星：“東方紅”2號，標志著中國是世界上第5個能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國家。,通信衛(wèi)星,中國航天,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)蒙古主著陸場這次成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎,中國航天,1992年，中國載人航天工程正式啟動2003年10月15日9時，我國“神舟”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人太空,中國航天,世界航天,盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙