5宇宙航行河北劉老師省級優(yōu)課

1、飛天之夢飛天之夢飛天之夢飛天之夢6.5 宇宙航行一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí), ,水平速度越大，飛行的水平速度越大，飛行的水平距離越遠(yuǎn)。水平距離越遠(yuǎn)。問題：問題：若拋出物體的水平初速度足夠大若拋出物體的水平初速度足夠大, ,物體將會(huì)怎樣物體將會(huì)怎樣? ?試試大膽猜想。大膽猜想。 ABCOV0D 思考思考: : 以多大的速度將物體拋出，它才會(huì)以多大的速度將物體拋出，它才會(huì)成為繞地球成為繞地球表面表面運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星? ? 解：解：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力RGMvRvmRGMm,22skmv/9 .

2、7二二、宇宙速度、宇宙速度RGMvRvmRGMm,22得得 要使物體恰能在地面附近繞地球做勻速圓要使物體恰能在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，至少以周運(yùn)動(dòng)，至少以7.9km/s7.9km/s的速度的速度發(fā)射發(fā)射，這一速度，這一速度稱為第一宇宙速度。稱為第一宇宙速度。1 1、第一宇宙速度是、第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度最小的發(fā)射速度（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(yùn)動(dòng)而落回地面）（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(yùn)動(dòng)而落回地面）第一宇宙速度第一宇宙速度2 2、第一宇宙速度是、第一宇宙速度是最大的運(yùn)行速度最大的運(yùn)行速度理解理解問題問題: : 若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于若衛(wèi)

3、星的發(fā)射速度大于7.97.9km/skm/s，會(huì)怎樣呢？，會(huì)怎樣呢？脫離速度脫離速度 當(dāng)物體的速度等于或大當(dāng)物體的速度等于或大16.7km/s16.7km/s時(shí)，物體可以掙時(shí)，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外太陽系以外的宇宙空間。我的宇宙空間。我們把們把16.7km/s16.7km/s叫做叫做第三宇宙速度。第三宇宙速度。逃逸速度逃逸速度2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s時(shí)，它時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。離開地球。我們把我們把11.2km/s11.2km/

4、s叫做叫做第二宇宙速度。第二宇宙速度。3、第三宇宙速度、第三宇宙速度v拋出速度拋出速度v v滿足滿足v=7.9km/sv=7.9km/s時(shí)，物體將在時(shí)，物體將在地表地表圍繞地球做圍繞地球做勻速圓周勻速圓周運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。v拋出速度拋出速度v v滿足滿足7.9km/sv11.2km/s7.9km/sv11.2km/s時(shí)，時(shí)，物體將圍繞地球做物體將圍繞地球做橢圓橢圓軌道的運(yùn)動(dòng)。軌道的運(yùn)動(dòng)。v拋出速度拋出速度v v滿足滿足11.2km/s11.2km/sv16.7km/sv16.7km/s時(shí)時(shí)，物體將，物體將脫離地球脫離地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球進(jìn)而進(jìn)入太陽引力范圍，進(jìn)而進(jìn)入太陽引力范

5、圍，圍繞太陽圍繞太陽運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。v拋出速度拋出速度v v滿足滿足16.7km/s16.7km/sv v時(shí)，物體將時(shí)，物體將脫離太陽脫離太陽引力，永遠(yuǎn)離開太陽系。引力，永遠(yuǎn)離開太陽系。 三大宇宙速度都是發(fā)射速度。三大宇宙速度都是發(fā)射速度。衛(wèi)星發(fā)射過程衛(wèi)星發(fā)射過程思考與討論思考與討論: : 如圖所示，如圖所示，A A、B B、C C、D D四條軌道中四條軌道中不不能能作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？ 提示：衛(wèi)星作圓周提示：衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必須指運(yùn)動(dòng)的向心力必須指向地心向地心人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行軌道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行軌道 三、地球同步衛(wèi)星三、地球同步衛(wèi)星1. 周期周期 T = _

6、24小時(shí)小時(shí)2. 軌道平面軌道平面_赤道平面赤道平面4.4.所有的同步衛(wèi)星所有的同步衛(wèi)星 R R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“大小全部固定大小全部固定”（如何求？）（如何求？） 相對于地面靜相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星有相同周期的衛(wèi)星叫做叫做地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3左右才能放置左右才能放置1顆，顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆。顆。航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū) 俄國和蘇聯(lián)科學(xué)家，現(xiàn)俄國和蘇聯(lián)科學(xué)家，現(xiàn)代航天學(xué)和火箭理論的奠代航天學(xué)和

7、火箭理論的奠基人基人. 1903年發(fā)表了年發(fā)表了利利用噴氣工具研究宇宙空間用噴氣工具研究宇宙空間一文和以他的名字命名的一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液體公式，奠定了火箭和液體發(fā)動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ),還證明還證明了脫離地球引力必須使用了脫離地球引力必須使用多級火箭。多級火箭。 “火箭之父火箭之父”齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基 航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū) 美國教授、工程師和發(fā)明美國教授、工程師和發(fā)明家，液體火箭的發(fā)明者。他于家，液體火箭的發(fā)明者。他于19261926年年3 3月月1616日發(fā)射了世界第日發(fā)射了世界第一枚液體火箭。戈達(dá)德共獲得一枚液體火箭。戈達(dá)德共獲得了

8、了214214項(xiàng)專利，其中項(xiàng)專利，其中8383項(xiàng)專利項(xiàng)專利在他生前獲得。設(shè)立于在他生前獲得。設(shè)立于19591959年的美國國家航空航天局戈達(dá)、年的美國國家航空航天局戈達(dá)、德太空飛行中心就是以他的名德太空飛行中心就是以他的名字命名。月球上的戈達(dá)德環(huán)形字命名。月球上的戈達(dá)德環(huán)形山（山（Goddard CraterGoddard Crater）也以）也以他的名字命名。他的名字命名。 羅伯特羅伯特戈達(dá)德戈達(dá)德 航天科學(xué)的三位先驅(qū)航天科學(xué)的三位先驅(qū) 德國工程師，在火箭技德國工程師，在火箭技術(shù)術(shù)和太空探測等方面都有光輝和太空探測等方面都有光輝成就。他先后為著名的成就。他先后為著名的V-1V-1、V-2V-

9、2火箭的誕生，美國第一顆火箭的誕生，美國第一顆衛(wèi)星的發(fā)射成功，以及第一衛(wèi)星的發(fā)射成功，以及第一艘載人登月飛船艘載人登月飛船“阿波羅阿波羅1111號號”登上月球作出突出貢獻(xiàn)，而登上月球作出突出貢獻(xiàn)，而美國航天飛機(jī)的研制也是自美國航天飛機(jī)的研制也是自他手中發(fā)端。因此，被譽(yù)為他手中發(fā)端。因此，被譽(yù)為“現(xiàn)代航天之父現(xiàn)代航天之父”。 韋納韋納馮馮布勞恩布勞恩19611961年年4 4月月1212日蘇聯(lián)空軍少校日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號載人飛加加林乘坐東方一號載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。入太空的夢想。19691969年年7 7月月2020日，阿波羅日，阿波羅1

10、111號將人類送上了月球。號將人類送上了月球。航天飛機(jī)資料：可重航天飛機(jī)資料：可重復(fù)使用的用運(yùn)載火箭復(fù)使用的用運(yùn)載火箭發(fā)射的飛行器，用于發(fā)射的飛行器，用于進(jìn)入地球軌道，在地進(jìn)入地球軌道，在地球與軌道航天器之間球與軌道航天器之間運(yùn)送人員和物資，并運(yùn)送人員和物資，并滑翔降落于地面?；杞德溆诘孛妗?19841984年年4 4月月1212日，第日，第一架航天飛機(jī)哥倫比一架航天飛機(jī)哥倫比亞號發(fā)射成功。亞號發(fā)射成功。20032003年年2 2月月1 1日，哥日，哥倫比亞號航天飛機(jī)倫比亞號航天飛機(jī)在重返地面的過程在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機(jī)上的燒，航天飛機(jī)上的七名宇航員，包

11、括七名宇航員，包括六名美國人及一名六名美國人及一名以色列人全部遇難。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(shè)了人類通無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。往宇宙的道路。19701970年年4 4月月2424日我國日我國第一顆人造衛(wèi)星升空第一顆人造衛(wèi)星升空 我國的航天成就我國的航天成就 飛船繞地球飛行飛船繞地球飛行1414圈后，于圈后，于1010月月1616日日6 6時(shí)時(shí)2323分安全降分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的落在內(nèi)蒙古主著陸場這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標(biāo)志著中國成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人飛天夢想，標(biāo)志著中國成為

12、世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基航天活動(dòng)的國家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)礎(chǔ) 1992 1992年，中國載人航天年，中國載人航天工程正式啟動(dòng)工程正式啟動(dòng) 20032003年年1010月月1515日日9 9時(shí)，我時(shí)，我國國“神舟神舟”五號宇宙飛船在酒泉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第一位航天員楊利偉送人太空20032003年年1010月月1515日日神舟五號楊利偉神舟五號楊利偉20052005年年1010月月1212日日神舟六號神舟六號費(fèi)俊龍聶海勝費(fèi)俊龍聶海勝2008

13、2008年年9 9月月2525日日神舟七號神舟七號翟志剛劉伯明翟志剛劉伯明景海鵬景海鵬 伴隨著伴隨著“神舟神舟五號的發(fā)射成功，中國已正式啟動(dòng)五號的發(fā)射成功，中國已正式啟動(dòng)“嫦娥工嫦娥工程程”，開始了宇宙探索的新征程，開始了宇宙探索的新征程 一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對不解之迷！不解之迷！ 讓我們?yōu)樽鎳膹?qiáng)盛而驕傲！讓我們?yōu)樽鎳膹?qiáng)盛而驕傲！1 1、三個(gè)宇宙速度、三個(gè)宇宙速度 v v1 1=7.9=7.9km/skm/s（會(huì)推導(dǎo)）；（會(huì)推導(dǎo)）；v v2 2=11.2=11.2 km/s km/s； v v3 3=16.7=16.7 km/s km/s2 2、地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 （1 1）都在赤道的正上方）都在赤道的正上方 （2 2）運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同）運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同 （3 3）h h、T T、w w、v v、a a都相同都相同 四四、課堂小結(jié)、課堂小結(jié)v1 1關(guān)于第一宇宙速度，以下敘述正確的是關(guān)于第一宇宙速度，以下敘述正確的是( () )vA A它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度度vB B它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度vC C它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小