第五節(jié)宇宙航行2

1、5 5人造衛(wèi)星 宇宙航行牛頓就曾設(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,則落點一次比一次遠,如不計空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時, 物體就永遠不會落回地面,而圍繞地球運動,成為人造地球衛(wèi)星。1. 牛頓的猜想:1. 牛頓的猜想:2. 衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球運動的軌道可以是橢圓軌道橢圓軌道，也可以是圓周軌道圓周軌道。橢圓軌道橢圓軌道：地心是橢圓的一個焦點，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵從開普勒定律。太陽太陽行星行星a赤道衛(wèi)星赤道衛(wèi)星極地衛(wèi)星極地衛(wèi)星其他衛(wèi)星其他衛(wèi)星圓周軌道圓周軌道：因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力，而萬有引力指向地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓周軌道的地心必

2、定是衛(wèi)星圓周軌道的圓心圓心。2. 衛(wèi)星的軌道探究問題一：探究問題一： 如如圖所示，圖所示，A、B、C、D四條四條軌道軌道 中中不能不能作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？12343. 人造衛(wèi)星的運行規(guī)律將將各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動，各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動，你能推出衛(wèi)星你能推出衛(wèi)星環(huán)繞速度環(huán)繞速度v、角速度、角速度w、周期、周期T、向心加速、向心加速度度an與與軌道軌道半徑半徑r的的關(guān)系嗎？關(guān)系嗎？22323222()2nnvGMmvrrGMmrMmrGrrmrTTGMGMmaarr越大（高），越大（高），v越小越小r越大，越大，w越小越小r越大，越

3、大，T越大越大r越大，越大，an越小越小由以上分析可以得出：r與v、w、T、an是一一對應(yīng)的關(guān)系即軌道r確定，衛(wèi)星的數(shù)據(jù)(v、w、T、an)也隨之確定，與衛(wèi)星的質(zhì)量m無關(guān)對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1 1）離地面越高，）離地面越高，向心力向心力越越 （2 2）離地面越高，）離地面越高，線速度線速度越越（3 3）離地面越高，）離地面越高，周期周期越越（4 4）離地面越高，）離地面越高，角速度角速度越越（5 5）離地面越高，）離地面越高，向心加速度向心加速度越越小小大大小小小小小小12343. 人造衛(wèi)星的運行規(guī)律提問：提問：1.1.衛(wèi)星衛(wèi)星2 2和衛(wèi)星和衛(wèi)星3 3有相撞的

4、可能嗎有相撞的可能嗎？為什么？為什么？ 2. 2.幾幾號衛(wèi)星的環(huán)繞速度最大？為什么？號衛(wèi)星的環(huán)繞速度最大？為什么？相對相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫星叫地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星，又叫，又叫通訊衛(wèi)星通訊衛(wèi)星。請同學(xué)們思考一下。請同學(xué)們思考一下地球同步衛(wèi)星的特點有哪些？地球同步衛(wèi)星的特點有哪些？1.同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致致2.同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相相同，即同，即T=24h3.同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星的運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的的運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度角速度

5、4.同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方。即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方。（不可能定點在我國某地上空，為什（不可能定點在我國某地上空，為什么？么？ ） 1. 1. 第一宇宙速度第一宇宙速度若已知，地球的若已知，地球的質(zhì)量質(zhì)量M=5.981024kg, 半徑半徑R=6400km，引力常，引力常量量G=6.6710-11Nm2/kg2物體在地球表面附物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線近做勻速圓周運動的線速度的大小？速度的大小？若若已知已知，地球地球表 面表 面 重 力 加 速 度重 力 加 速 度g=9.8m/s2, 地球的半徑地

6、球的半徑R=6400km.物體在地球表面附物體在地球表面附近做勻速圓周運動的近做勻速圓周運動的線線速度的大??？速度的大小？1. 1. 第一宇宙速度第一宇宙速度1.意義：衛(wèi)星意義：衛(wèi)星在地面在地面附近附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動環(huán)繞地球作勻速圓周運動所所必須必須具有的速度具有的速度第一宇宙速度第一宇宙速度（也稱作（也稱作環(huán)繞速度環(huán)繞速度） 3.最小最小發(fā)射速度發(fā)射速度 最大最大環(huán)繞速度環(huán)繞速度（半徑最小時）半徑最小時）2.要要發(fā)射一發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，顆人造衛(wèi)星，發(fā)射發(fā)射速度速度必須必須大于大于7.9km/s 人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運動的周期人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運動的周期1. 1. 第一宇宙速

7、度第一宇宙速度地GMrT326 31124(6.37 10 ) 2 3.146.67 105.89 10 s 3 5.07 1084.5mins我們能否發(fā)射一顆周期為我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢？的衛(wèi)星呢？2. 2. 第二宇宙速度第二宇宙速度 大小：大?。簐=11.2km/s意義：以這個速度發(fā)射，物體剛意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能克服地球的引力作用，永遠好能克服地球的引力作用，永遠的離開地球而繞太陽運動。也叫的離開地球而繞太陽運動。也叫脫離速度脫離速度。發(fā)射速度發(fā)射速度v： 7.9km/s v 11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡不是圓，而是的軌跡不是圓，而是

8、橢圓橢圓；v11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行離地球的引力，不再繞地球運行。3. 3. 第三宇宙速度第三宇宙速度 大?。捍笮。簐=16.7km/s意義：以這個速度發(fā)射，物意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能擺脫太陽引力的束體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外，也叫縛而飛到太陽系以外，也叫逃逸速度逃逸速度。發(fā)射速度發(fā)射速度v： 11.2km/s v 16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆橢圓運動，成為一顆人造行星；人造行星；v 16.7km/s，衛(wèi)星將，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以

9、外的空間。對于其他的星球以上三個宇宙速度是否對于其他的星球以上三個宇宙速度是否變化呢？變化呢？變化，不同星球的宇宙速度一般變化，不同星球的宇宙速度一般是不一樣的是不一樣的例如：地球的第一宇宙速度是例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s 金星的第一宇宙速度是金星的第一宇宙速度是7.3km/s三、三、夢想成真夢想成真 1957年年10月，原月，原蘇聯(lián)蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星地球衛(wèi)星世界航天世界航天 幾年幾年之后，之后，1961年年4月月12日蘇聯(lián)空軍少校日蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了東方一加加林進入了東方一號載人飛船。實現(xiàn)了號載人飛船。實現(xiàn)了人類第一次進入太空。人類第一次進入太空。他

10、的非凡勇氣，鼓舞他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)了更多人為航天事業(yè)奮斗。奮斗。三、三、夢想成真夢想成真 1969年年7月月20日，阿波羅日，阿波羅11號將人類送上了月球。當(dāng)時，上號將人類送上了月球。當(dāng)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。出了一小步，確是人類邁出的一大步。世界航天世界航天三、三、夢想成真夢想成真 航天飛機資料：可重復(fù)使用航天飛機資料：可重復(fù)使用的用運載火箭發(fā)射的飛行器，的用運載火箭發(fā)射的飛行器，用于進入地球軌道，在地球用于進入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運送人員

11、與軌道航天器之間運送人員和物資，并滑翔降落于地面。和物資，并滑翔降落于地面。 1984年年4月月12日，第一日，第一架航天飛機哥倫比亞號架航天飛機哥倫比亞號發(fā)射成功。發(fā)射成功。 19751975年，返回式遙感衛(wèi)星，年，返回式遙感衛(wèi)星，中國第一顆返回式衛(wèi)星，用于對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)星回地面；中國是第三個掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國家收技術(shù)的國家。 19701970年，年， “東方東方紅紅”1號，中國第一顆人號，中國第一顆人造衛(wèi)星。中國是第五個造衛(wèi)星。中國是第五個能自行發(fā)射衛(wèi)星的國家能自行發(fā)射衛(wèi)星的國家。三、三、夢想

12、成真夢想成真 中國航天中國航天風(fēng)云一號風(fēng)云一號風(fēng)云二號風(fēng)云二號中國首顆氣象衛(wèi)星；中國是第三個獨立中國首顆氣象衛(wèi)星；中國是第三個獨立研制并發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星的國家。研制并發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星的國家。三、三、夢想成真夢想成真 1984年，試驗通信衛(wèi)年，試驗通信衛(wèi)星：星：“東方紅東方紅”2號，號，標志著中國是世界上標志著中國是世界上第第5個能發(fā)射地球靜個能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國家。止軌道衛(wèi)星的國家。通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星三、三、夢想成真夢想成真 2. 宇宙速度宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是在軌道上第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是在軌道上運行的最大速度運行的最大速度1. 人造地球衛(wèi)