倪向新宇宙航行課件

第五節(jié)宇宙航行

高一物理備課組2013年4月11日

兩條基本思路2、萬(wàn)有引力提供向心力知識(shí)回顧1、萬(wàn)有引力等于重力請(qǐng)同學(xué)們寫出衛(wèi)星v、ω、an以及T的大小:1、計(jì)算公式：2、計(jì)算結(jié)果：計(jì)算公式：計(jì)算結(jié)果：結(jié)論：軌道半徑大的衛(wèi)星，線速度

小

，角速度

小

，向心加速度

小

，周期

大

。（填“大”“小”）人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它需要的向心力是由誰(shuí)提供的？設(shè)地球和衛(wèi)星的質(zhì)量分別為M和m，衛(wèi)星到地心的距離為r,衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為v，請(qǐng)你用學(xué)過的知識(shí)推導(dǎo)出衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)速度v的表達(dá)式。若M地=5.98×1024kg,r＝R地=6.40×106m，

計(jì)算出運(yùn)動(dòng)速度的大小：探究

【問題一】至少以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？

思路一：由于衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由萬(wàn)有引力提供思路二：重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力(若已知地表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km) (3)發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說明什么？ (1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個(gè)更容易？為什么？ (2)所需要的發(fā)射速度，哪一個(gè)更大？為什么？學(xué)生思考：歸納提升1、發(fā)射速度2、宇宙速度3、運(yùn)行速度：（1）勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度（2）橢圓軌道上的速度4、三種速度間的關(guān)系：

當(dāng)堂訓(xùn)練1、以下說法正確的是（）

A、第一宇宙速度是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)的速度

B、第一宇宙速度是使物體成為一顆人造衛(wèi)星理論上最小發(fā)射速度

C、在地面附近發(fā)射衛(wèi)星，如果發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就是橢圓

D、紫金山天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)的“吳健雄星”直徑為32km，密度與地球相同，則該小行星的第一宇宙速度大小約為20m/s

E、以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道2、可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其軌道面（）

A、與地球表面上某一緯度線（非赤道）是共面同心圓；

B、與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同心圓；

C、與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面靜止；

D、與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面運(yùn)動(dòng)；

針對(duì)性練習(xí)ABCD下列軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道的是（）D3、關(guān)于第一宇宙速度，下列說法不正確的是………………（）

A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度

B.它等于人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度

C.它是能使衛(wèi)星在近地軌道運(yùn)動(dòng)的最小發(fā)射速度

D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的近地點(diǎn)速度

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，同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1.運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致2.運(yùn)轉(zhuǎn)T,與地球自轉(zhuǎn)T,相同T＝24h.3.軌道平面在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方．4.高度固定不變離地高度H=36000KM．所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同探究二★★★

★1、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火使其沿橢圓軌道2運(yùn)行；最后再次點(diǎn)火將其送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于P點(diǎn)，2、3相切于Q點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是（）A、在軌道3上的速率大于1上的速率B、在軌道3上的角速度小于1上的角速度C、在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速率等于在軌道3上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速率D、在軌道1上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度QP2·31BD5．同步衛(wèi)星離地心的距離為，運(yùn)行速度為，加速度，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度第一宇宙速度為，地球的半徑為，則（）A．B．c．D．

．

6、已知地球的半徑是6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期24h，地球質(zhì)量5.89×1024kg,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求：

(1)地球同步衛(wèi)星的離地面高度h.

(2)地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v.結(jié)論：地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。（1）在赤道平面內(nèi)（2）周期一定T=24h（3）高度一定360km空間站實(shí)際上就是一個(gè)載有人的人造衛(wèi)星，那么，地球上的人如何登到空間站，空間站上的人又如何返回地面？這些活動(dòng)都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個(gè)宇宙飛船與空間站對(duì)接的問題。思考：能否把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道上，再通過加速去追上空間站實(shí)現(xiàn)對(duì)接呢？三、宇宙飛船與空間站對(duì)接7、宇宙飛船和軌道空間站在同一軌道上運(yùn)動(dòng)若飛船想與前面的空間站對(duì)接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是：()A．飛船加速直到追上B．飛船從原軌道減速至一個(gè)較低軌道，再加速追上空間站，完成對(duì)接C．飛船加速至一個(gè)較高軌道再減速追上空間站，完成對(duì)接D．無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對(duì)接B“高軌低速長(zhǎng)周期”四、衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律極地軌道一般軌道赤道軌道所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上平面立體赤道平面已知：地球質(zhì)量M，半徑R，衛(wèi)星距地面高度h，引力常量G.請(qǐng)你利用已學(xué)的知識(shí)，探究衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行速度v、周期T與高度h的關(guān)系.月球月球軌道地球地月轉(zhuǎn)移軌道點(diǎn)火加速減速制動(dòng)月球探測(cè)衛(wèi)星發(fā)射課堂練習(xí)[例1]我國(guó)發(fā)射的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/80，月球的半徑約為地球半徑的1/4，地球第一宇宙速度約為7.9km/s，求“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速率？[例2]如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)量，則（