第五節(jié)-宇宙航行

5宇宙航行

學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識(shí)與技能：1、了解人造衛(wèi)星的最初構(gòu)想。2、會(huì)解決涉及人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的較簡(jiǎn)單的問(wèn)題。3、知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。4、感受人類(lèi)對(duì)客觀世界不斷探究的精神和情感。過(guò)程與方法：學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)分析推理能力和合理表達(dá)的能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀：激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛(ài)科學(xué)的激情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。航天器無(wú)人航天器人造地球衛(wèi)星空間探測(cè)器月球探測(cè)器行星探測(cè)器深空探測(cè)器載人航天器載人飛船空間站航天飛機(jī)無(wú)人飛船航天器：又稱(chēng)空間飛行器、太空飛行器。按照天體力學(xué)的規(guī)律在太空運(yùn)行，執(zhí)行探索、開(kāi)發(fā)、利用太空和天體等特定任務(wù)的各類(lèi)飛行器。

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探究1:已知地球和物體的質(zhì)量分別為M和m，物體到地心的距離為r，求物體繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)的速度v？角速度ω？周期T?

探究2:比較1、2、3、4、5號(hào)衛(wèi)星的線(xiàn)速度大??？角速度大?。恐芷诖笮。刻骄?:哪種情況線(xiàn)速度最大？最大速度是多大？它的周期多大？已知地球半徑R=6400km地球質(zhì)量M=5.98×1024kg探究4:有沒(méi)有周期等于24h的衛(wèi)星？若有它有什么特點(diǎn)？探究5:2號(hào)星能追上3號(hào)衛(wèi)星嗎？3號(hào)衛(wèi)星能追上4號(hào)衛(wèi)星嗎？探究6:如圖1號(hào)、5號(hào)衛(wèi)星、地心此時(shí)在同一直線(xiàn)，距離最近，設(shè)都沿逆時(shí)針做圓周運(yùn)動(dòng)，分析再次距離最近時(shí)，衛(wèi)星與球心的連線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度有什么關(guān)系？高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線(xiàn)速度小、角速度小，周期長(zhǎng)。討論線(xiàn)速度、角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？

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5二、宇宙速度1、第一宇宙速度地球半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=5.98×1024kg1、衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度——第一宇宙速度

3、最小發(fā)射速度最大環(huán)繞速度

（半徑最小時(shí)）2、要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s計(jì)算二、宇宙速度1、第一宇宙速度計(jì)算

人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期=84.6min最小周期或：二、宇宙速度2、第二宇宙速度

大?。簐=11.2km/s意義：以這個(gè)速度發(fā)射，物體剛好能克服地球的引力作用，永遠(yuǎn)的離開(kāi)地球而繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。也叫脫離速度。注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓，而是橢圓；等于或大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。二、宇宙速度3、第三宇宙速度

大?。簐=16.7km/s意義：以這個(gè)速度發(fā)射，物體剛好能擺脫太陽(yáng)引力的束縛而飛到太陽(yáng)系以外，也叫逃逸速度。注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間。三、夢(mèng)想成真

中國(guó)航天地球同步衛(wèi)星：相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。三、夢(mèng)想成真

同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致2、同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。T=24h3、同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度4、同步衛(wèi)星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。（不可能定點(diǎn)在我國(guó)某地上空，為什么？）

要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬(wàn)有引力提供的，衛(wèi)星軌道的圓心必須是地心。三、夢(mèng)想成真

同步衛(wèi)星中國(guó)航天同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：5、同步衛(wèi)星高度固定不變（Ｒ＋ｈ）

解得高度：ｈ＝

km

-G三、夢(mèng)想成真

中國(guó)航天三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。（兩級(jí)有部分盲區(qū)）三、夢(mèng)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繞地球飛行一圈世界航天三、夢(mèng)想成真

幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)第一次進(jìn)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(diǎn)火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108分，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類(lèi)進(jìn)入太空的豐碑。世界航天三、夢(mèng)想成真

1969年7月20日，阿波羅11號(hào)將人類(lèi)送上了月球。當(dāng)時(shí)，上億人通過(guò)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(lèi)邁出的一大步。世界航天三、夢(mèng)想成真

航天飛機(jī)資料：可重復(fù)使用的用運(yùn)載火箭發(fā)射的飛行器，用于進(jìn)入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運(yùn)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(jī)哥倫比亞號(hào)發(fā)射成功。2003年2月1日，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在重返地面的過(guò)程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機(jī)上的七名宇航員，包括六名美國(guó)人及一名以色列人全部遇難。三、夢(mèng)想成真

無(wú)數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類(lèi)通往宇宙的道路

1975年，返回式遙感衛(wèi)星，中國(guó)第一顆返回式衛(wèi)星，用于對(duì)地觀測(cè)，運(yùn)行三天后按計(jì)劃返回地面；中國(guó)是第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家。

1970年，“東方紅”1號(hào)，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星。中國(guó)是第五個(gè)能自行發(fā)射衛(wèi)星的國(guó)家。三、夢(mèng)想成真

中國(guó)航天風(fēng)云一號(hào)風(fēng)云二號(hào)中國(guó)首顆氣象衛(wèi)星；中國(guó)是第三個(gè)獨(dú)立研制并發(fā)射太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的國(guó)家。三、夢(mèng)想成真

1984年，試驗(yàn)通信衛(wèi)星：“東方紅”2號(hào)，標(biāo)志著中國(guó)是世界上第5個(gè)能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家。通信衛(wèi)星三、夢(mèng)想成真

三、夢(mèng)想成真

中國(guó)航天世界航天

盡管人類(lèi)已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙之宏大，地球和月亮不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng)，人類(lèi)歷史不過(guò)是宇宙年輪上一道小小的刻痕……

宇宙留給人們的思考和疑問(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？……

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來(lái)自面對(duì)不解之謎”。你想加入破解它的行列嗎？1、宇宙速度 7.9km/s11.2km/s16.7km/s第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是在軌道上運(yùn)行的最大速度2、人造地球衛(wèi)星

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、同步衛(wèi)星 定點(diǎn)在赤道上空，周期T、高度h、線(xiàn)速度v一定。T=24hh=36000kmv=3.1km/s3

、夢(mèng)想成真（1）世界的成就（2）中國(guó)的成就小結(jié)

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了：作業(yè)一：p127必做1-8題選做題11作業(yè)二：查閱資料，說(shuō)說(shuō)人類(lèi)探索宇宙奧秘的進(jìn)程，你有何感想？

請(qǐng)說(shuō)說(shuō)人類(lèi)探索宇宙奧秘的進(jìn)程，你有何感想？探索宇宙奧秘，奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空，是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想。19世紀(jì)中葉，俄羅斯學(xué)者齊奧爾科夫斯基指出，利用噴氣推進(jìn)的多級(jí)火箭，是實(shí)現(xiàn)太空飛行最有效的工具。1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。到今天人類(lèi)已向太空發(fā)射了數(shù)以千計(jì)的包括衛(wèi)星、空間站在內(nèi)的航天器。1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了載人飛船。鑄就了人類(lèi)進(jìn)入太空的豐碑。1969年7月16日，阿波羅11號(hào)飛船點(diǎn)火升空，拉開(kāi)了人類(lèi)登月這一偉大歷史事件的帷幕。與此同時(shí)，探索太空，尋找人類(lèi)知音的活動(dòng)也在持續(xù)進(jìn)行。“先驅(qū)者”10號(hào)、11號(hào)及“旅行者”1號(hào)和2號(hào)先后出發(fā)，進(jìn)入了茫茫太空，開(kāi)始了他們的探索之旅。由此可見(jiàn)，人類(lèi)探索太空奧秘的進(jìn)程是艱難的，曲折的，卓有成效的。你對(duì)我國(guó)的衛(wèi)星技術(shù)了解多少？有何感想？中國(guó)的航空航天技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，1992年，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)，伴隨著神州5號(hào)的發(fā)射成功，中國(guó)已正式啟動(dòng)“嫦娥工程”，開(kāi)始了宇宙探索的新征程。至今已把神州六號(hào)載人宇宙飛船發(fā)射升空，是世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)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)。探索宇宙可曾想象，天空中舞動(dòng)著夢(mèng)幻般的，如絲綢一樣，輕飄飄，色彩斑斕的光芒。并不只有想象力可以造就出如此的景象，它也確實(shí)存在在這個(gè)世界上，這就是極光。極光的魅力從古已為人所之，關(guān)于它的傳說(shuō)和故事也散落在不同的地域和國(guó)家，隨著人們對(duì)地球的認(rèn)識(shí)和對(duì)外界的探索，極光的秘密也呈現(xiàn)給了大家。它的產(chǎn)生，還要?dú)w于太陽(yáng)和地球。太陽(yáng)這個(gè)孕育生命的恒星，時(shí)刻運(yùn)動(dòng)，它所帶來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)，也就是帶電粒子，高速流過(guò)地球兩極，導(dǎo)致帶電顆粒與地球上層大氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出形狀不同的極光。在太陽(yáng)的活躍期，情況更甚，以往看不到極光的中緯度地帶，歷史上，譬如德國(guó)，法國(guó)，甚至美國(guó)南部也曾出現(xiàn)過(guò)此壯麗的現(xiàn)象，以往普通的城市上空多出了如此絢麗的色彩，帶來(lái)了贊嘆也帶來(lái)了些許恐慌，但我們其實(shí)并不必?fù)?dān)心，這只是太陽(yáng)和地球?yàn)槲覀兩涎莸木抒y幕而已。在中國(guó)最北端的漠河，也時(shí)有極光光顧，想飽眼福的各位，不妨待到每年夏至前后，乘坐火車(chē)或自駕車(chē)趕往漠河，親身體驗(yàn)極光的震撼。在此時(shí)段內(nèi)，你還可以同時(shí)感受白晝，晚霞和晨光同在等樂(lè)趣，何樂(lè)而不為呢。美麗的夢(mèng)幻——極光極光03年10月29日，美國(guó)阿拉斯加州安克雷奇的東北部山脈上空出現(xiàn)美麗的極光。近日，太陽(yáng)風(fēng)暴光臨地球，引起地球兩極出現(xiàn)極光。智能1號(hào)”撞擊月球示意圖智能1號(hào)”擊中月球時(shí)情景（圖像上方的白點(diǎn)）小檔案·“智能１號(hào)”歐洲首個(gè)月球探測(cè)器“智能１號(hào)”的英文名叫“ＳＭＡＲＴ－１”。探測(cè)器全部由低成本、小型化的尖端技術(shù)部件構(gòu)成，造價(jià)約１．１億歐元（約合１．４億美元）。一、體貌重僅３６７公斤，體積約１立方米，相當(dāng)于一個(gè)洗衣機(jī)大小。兩個(gè)太陽(yáng)能電池板伸展開(kāi)后長(zhǎng)約１４米。二、主要裝備裝備了高清晰度微型攝像機(jī)、紅外線(xiàn)及Ｘ射線(xiàn)分光計(jì)等最新探測(cè)設(shè)備。三、推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)能夠依靠太陽(yáng)能來(lái)驅(qū)動(dòng)，其太陽(yáng)能離子發(fā)動(dòng)機(jī)可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。四、行程２００３年９月２７日升空。經(jīng)過(guò)近１４個(gè)月的飛行，探測(cè)器于２００４年１１月１５日進(jìn)入月球軌道。2006年9月3日撞擊月球。"太空拖車(chē)"拖走危險(xiǎn)小行星根據(jù)科學(xué)家們的估計(jì),如果有小行星撞向地球,即使是一顆直徑僅200米的小行星,就足以毀滅地球上的一個(gè)國(guó)家。對(duì)此,科研人員提出了各種避免撞擊發(fā)生的方案。來(lái)自NASA休斯敦太空中心的科學(xué)家愛(ài)德華和他的同事提出一種全新的太空重力拖曳飛船方案:拖曳飛船只需要盤(pán)旋在小行星表面,利用重力作用充當(dāng)飛船無(wú)行的拖鏈,使小行星軌道偏轉(zhuǎn),避免它撞向地球。愛(ài)德華的研究認(rèn)為,通過(guò)科學(xué)計(jì)算,若提前二十年發(fā)射拖曳飛船并使其準(zhǔn)時(shí)到達(dá)小行星附近預(yù)定位置,一艘質(zhì)量為20噸的太空"重力拖車(chē)"飛船能夠在一年的時(shí)間內(nèi)使直徑200米的小行星發(fā)生軌道偏轉(zhuǎn)。據(jù)悉,一顆編號(hào)99942的小行星"阿波菲斯"將于2029年從地球附近經(jīng)過(guò),預(yù)計(jì)屆時(shí)與地球最近距離僅有3萬(wàn)公里。根據(jù)天文學(xué)家計(jì)算,這一次親密接觸將對(duì)這顆小行星的軌道產(chǎn)生影響,軌道發(fā)生微弱改變的"阿波菲斯"將有可能在2036年再次飛臨我們時(shí)撞上地球。對(duì)此,愛(ài)德華和他的研究人員建議NASA及早動(dòng)手,因?yàn)楦鶕?jù)科學(xué)計(jì)算,若采用他們?cè)O(shè)計(jì)的重力拖曳飛船方案,在2029年該小行星經(jīng)過(guò)地球附近時(shí),只需發(fā)射一枚質(zhì)量約1噸的"重力拖車(chē)"飛船,就完全可以避免日后這顆小行星撞上地球的災(zāi)難發(fā)生水瓶座（1月20日~2月18日出生者）水瓶座是在秋夜時(shí)偏南天空上的一個(gè)星座，符號(hào)表示象徽是流水。水瓶座的守護(hù)星為【天王星】，守護(hù)神為【天神】。雙魚(yú)座（2月19日~3月20日出生者）雙魚(yú)座是在秋天到冬天之間，出現(xiàn)于頭頂偏東的星座，它以?xún)蓷l魚(yú)的符號(hào)最為象徽。雙魚(yú)座的守護(hù)星為【海王星】，守護(hù)神為【海神】。白羊座（3月21日~4月19日出生者）白羊座是位于從晚秋到初秋，稍微偏南的天空上的一個(gè)星座。符號(hào)用羊的角來(lái)表示。白羊座的守護(hù)星為【火星】，守護(hù)神為【戰(zhàn)神】。金牛座（4月20日~5月20日出生者），金牛座是在冬天夜晚出現(xiàn)于南側(cè)的星座。金牛座的符號(hào)，象徽牛的頭部，其守護(hù)星為【金星】，守護(hù)神為愛(ài)與美的女神—【維納斯】。雙子座（5月21日~6月21日出生者）雙子座是從冬季到春季之間，出現(xiàn)在銀河?xùn)|岸的一個(gè)星座。雙子座的符號(hào)表示雙胞胎的兄弟，其守護(hù)星為【水星】，守護(hù)神為支配知識(shí)的【赫爾美斯】。巨蟹座（6月21日~7月22日出生者）巨蟹座是在春天的晚上，出現(xiàn)于稍微偏向南方的一個(gè)星座。符號(hào)是以螃蟹的腳為代表。巨蟹座的守護(hù)星為【太陰】，即月亮，守護(hù)神為支配母性愛(ài)的女神【狄安娜】。獅子座（7月23~8月22日出生者）獅子座是在春天夜里出現(xiàn)于天空南側(cè)的一個(gè)星座。其符號(hào)象徽著獅子的心臟與尾巴。其守護(hù)星為【太陽(yáng)】，守護(hù)神為太陽(yáng)神—【阿波羅】。處女座（8月23日~9月22日出生者）處女座是從春季夏季間出現(xiàn)在稍微偏南天空上的一個(gè)星座。其符號(hào)象徽著純潔處女的頭發(fā)。守護(hù)星為【水星】，守護(hù)神為正義女神【阿斯多蕾亞】，與農(nóng)神【蕾美德?tīng)枴?。天秤座?月23日~10月22日出生者）天秤座是在夏天之夜出現(xiàn)于銀河西邊的星座，星座符號(hào)象徽是天秤的兩個(gè)盤(pán)子，天秤座守護(hù)星為【金星】，它的守護(hù)神是正義女神【西斯多麗亞】，與愛(ài)情女神【維納斯】。天蝎座（10月23日~11月21日出生者）夏天的夜晚，在南方的天空上，可看見(jiàn)一列橫跨銀河的巨大星座，那就是天蝎座，以毒針來(lái)表示出他的象徽。天蝎座的守護(hù)神為【冥王星】，守護(hù)神只為統(tǒng)治地獄的【閻羅王】。射手座（11月22日~12月21日出生者）射手座是夏季到秋季間，在銀河?xùn)|南岸出現(xiàn)的星座，它的代表符號(hào)是射向目標(biāo)的一支箭。射手座的守護(hù)星是【木星】，守護(hù)神則是全能的【宙斯】。摩羯座（12月22日~1月19日出生者）摩羯座是出現(xiàn)在秋天夜空西南方的星座，其象徽符號(hào)是摩羯的頭部與尾部。摩羯座的守護(hù)星是【土