打包共2份物理課件宇宙航行

第5節(jié)宇宙航行中國人的飛天夢外國人的“飛天”夢飛天之夢的歷史飛天之夢的歷史問題:一、牛頓關于衛(wèi)星的設想

地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用,為什么月亮不會落到地面上來?問題情境

由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉,此時月球受到的地球引力(即重力),用來充當繞地球運轉的向心力,故月球不會落到地面上來.一、牛頓關于衛(wèi)星的設想

物體做平拋運動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠。2.若拋出物體的水平初速度足夠大,物體將會怎樣?試大膽猜想。由于地球是一個圓球,當平拋的水平初速度足夠大時,物體飛行的距離也很大,故物體不能再落回地面,而成為一顆繞地球運轉的衛(wèi)星.ABCOV0D問題:問題情境

從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點離山腳越遠。如果沒有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉，成為一顆永遠繞地球運動的人造衛(wèi)星。牛頓人造衛(wèi)星原理圖一、牛頓關于衛(wèi)星的設想思考？

1.以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的衛(wèi)星?

推導方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入數(shù)據(jù)得：推導方法二：地表附近，重力近似等于萬有引力二、宇宙速度

人們把7.9km/s這個速度稱作第一宇宙速度,又叫環(huán)繞速度。如果發(fā)射速度如小于第一宇宙速度,衛(wèi)星將落到地面;如果發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星剛好能貼著地球表面作勻速圓周運動。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。二、宇宙速度二、宇宙速度問題:

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s

，會怎樣呢？問題:

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s

，會怎樣呢？二、宇宙速度第一宇宙速度(v=7.9km/s):物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度.(環(huán)繞速度）

第二宇宙速度:物體克服地球引力,永遠脫離地球的速度.（脫離速度）第三宇宙速度:物體掙脫太陽引力,飛出太陽系的速度.(逃逸速度)二、宇宙速度1、當發(fā)射速度為7.9km/s,物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運動；2、當發(fā)射速度大于7.9km/s時：（1）7.9km/s<V<11.2km/s,物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓；

物體脫離地球的吸引而圍繞太陽運行；

物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。二、宇宙速度思考：發(fā)射速度大的衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的速度也大嗎？表征人造衛(wèi)星運行狀態(tài)的物理量有三個:環(huán)繞速度(運行速度）v,軌道半徑r轉動周期T.

三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律將各種衛(wèi)星繞地球運動都近似看成勻速圓周運動，你能推出衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關系嗎？地球r三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律地球r地球三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律問題：

將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大？哪一個更容易？為什么？

向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時,

需要的初速度越大，因為火箭克服地球?qū)πl(wèi)星的引力而做更多的功,對火箭的要求更高一些,所以比較困難.但高軌道的運行速度反而越小。三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律結論：衛(wèi)星的運行速度、角速度、運轉周期與其本身質(zhì)量無關，僅由軌道半徑?jīng)Q定。離地面越高的衛(wèi)星，運行速度越小，周期越長，發(fā)射需要的初速度越大。

所以，第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度。三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律實際的衛(wèi)星發(fā)射過程2

發(fā)射速度：衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度。一旦發(fā)射后再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度、進入運動軌道。運行速度：衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。

所以，第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大速度。

三、人造地球衛(wèi)星運行的規(guī)律課堂練習[例題]:

我國發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”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，地球上的第一宇宙速度約為7.9km/s，求“嫦娥一號”探月衛(wèi)星繞月球運行的速率？V=1.77km/s提示：同學們算算，近地衛(wèi)星的周期（最小周期）又是多少呢？思考：我們能否發(fā)射一顆周期為70min的衛(wèi)星呢？不能?。?.軌道中心

地心2.________提供向心力萬有引力人造地球衛(wèi)星的運行軌道

思考與討論:如圖所示，A、B、C、D四條軌道中不能作為衛(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ABCD人造地球衛(wèi)星的運行軌道

F1F2F3赤道平面北南東西所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上三類人造地球衛(wèi)星軌道：①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。人造地球衛(wèi)星的運行軌道

相對于地面靜止且與地球自轉同步的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。對于同步衛(wèi)星的發(fā)射及軌道定位有什么要求呢，怎樣才能保持與地球同步呢？地球同步衛(wèi)星：同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個特點：同步衛(wèi)星的高度：（1）周期一定T=24h（2）在赤道平面內(nèi)（3）高度一定（Ｒ＋ｈ）

解得高度：ｈ＝

km

-G四、人類探索太空的過程

1961年，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林，完成人類歷史上第一次宇宙飛行，人類飛天夢想終于變成現(xiàn)實。1963年，瓦蓮蒂娜·捷列什科娃，人類第一位進入太空的女性。

1969年7月20日，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗、邁克爾·柯林斯、巴茲·奧爾德林(上圖從左至右)，成功登月。左圖為月球上的奧爾德林，頭盔中人影為阿姆斯特朗。

1984年，美國宇航員布魯斯·麥坎德利斯離開航天飛機320英尺，完成人類首次無安全索太空行走。

2001年，第一位太空游客美國人蒂托(中)，進入國際空間站，開始太空觀光。我國載人航天回顧楊利偉在太空展示中國和聯(lián)合國國旗我國首位航天員楊利偉2003年“神舟”五號中國人“飛天”夢圓費俊龍在做身體檢查美味佳肴飄進來

成功返航

奉命出征2005年“神舟”六號首次“多人多天”空間飛行2008年“神舟”七號首次太空行走1、三個宇宙速度：

v1=7.9km/s（會推導）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2、研究天體運動，包括人造衛(wèi)星的運動基本方法：把天體或人造衛(wèi)星的運動看作勻速圓周運動，且萬有引力全部提供天體或人造衛(wèi)星的向心力，