宇宙航行 【 備課精講精研 】高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

§7.4宇宙航行

質(zhì)量為1kg的物體在地球表面時(shí)受到太陽的吸引力有多大？（日地距離r=1.5×1011m，太陽質(zhì)量M=

2.0×1030kg，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2

）地球?qū)ξ矬w的萬有引力是多少？太陽對(duì)物體的引力可以忽略嗎？復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)課堂引入思考：我們?nèi)绾尾拍茱w離地球，到浩瀚的宇宙中瞧一瞧？如果需要你來做總設(shè)計(jì)師，你會(huì)怎么分析？飛離地球最大的困難是什么？需要什么工具？早在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓就設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。abc思考：物體繞地球飛起來做圓周運(yùn)動(dòng)，至少需要多大的速度呢？

萬有引力提供向心力：近地衛(wèi)星距地面高度在100km--200km左右，遠(yuǎn)小于地球半徑。r約等于R代入得：一、宇宙速度7.9km/m物體在地面附近引力近似等于重力，即：一、宇宙速度第一宇宙速度v1=7.9km/s物理意義是什么？一、宇宙速度第二宇宙速度v2=11.2km/s一、宇宙速度第三宇宙速度v3=16.7km/s第一宇宙速度v1=7.9km/s二.人造地球衛(wèi)星思考：將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，你能推出衛(wèi)星環(huán)繞線速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系嗎？

地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星距地心的距離為r，衛(wèi)星質(zhì)量為m,寫出下列物理量的表達(dá)式：1、線速度：（根據(jù)

）2、角速度：（根據(jù)

）3、周期：（根據(jù)

）

基本思路：將環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬有引力充當(dāng)向心力隨r的增大，線速度v，角速度ω，周期T將如何變化？r大v小r大ω小r大T大請(qǐng)你推導(dǎo)練習(xí)1.(多選)三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，已知mA＝mB＜mC，則對(duì)于三顆衛(wèi)星，正確的是(

)ABD討論2、人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度與發(fā)射速度相同嗎?1、能否發(fā)射一顆衛(wèi)星,使它繞地球運(yùn)行,周期只有1小時(shí)？為什么？思考：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星與發(fā)射近地衛(wèi)星相比,哪個(gè)需要的發(fā)射速度大？為什么？注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與環(huán)繞速度是兩個(gè)不同的概念發(fā)射速度

指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的速度環(huán)繞速度

指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度二.人造地球衛(wèi)星說明：③高軌道發(fā)射速度大于低軌道發(fā)射速度，但環(huán)繞速度小于低軌道衛(wèi)星的r越大，需要的v發(fā)射越大，而v環(huán)繞越小思考：想發(fā)射一顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最小發(fā)射速度是多少？（提示：從衛(wèi)星最小半徑考慮）第一宇宙速度（V1=7.9km/s）最小發(fā)射速度最大環(huán)繞速度二.人造地球衛(wèi)星衛(wèi)星的r越大，需要的v發(fā)射越大，而v環(huán)繞越小1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”發(fā)射成功。二、人造衛(wèi)星1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功。二.人造地球衛(wèi)星人造衛(wèi)星軌道如圖所示，A、B、C、D四條軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？ABCD根據(jù)：衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力必須指向地心衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道特點(diǎn)：萬有引力提供向心力，所以軌道平面一定經(jīng)過地球中心，衛(wèi)星圍繞地球的中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。問題：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周？可以有哪些軌道？注：所有衛(wèi)星軌道一定過地心人造衛(wèi)星軌道赤道衛(wèi)星軌道極地衛(wèi)星軌道其他衛(wèi)星軌道1、近地衛(wèi)星：指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。三、人造地球衛(wèi)星的分類思考：近地衛(wèi)星周期是多少？思考：若地球質(zhì)量M未知如何求？=84.6min思考：人造衛(wèi)星的周期能否為24小時(shí)？關(guān)于地球同步衛(wèi)星對(duì)同步衛(wèi)星有什么要求？軌道面周期T半徑r運(yùn)行速度V繞行方向T=24h，定周期定軌道面——赤道平面三、人造地球衛(wèi)星的分類距地面的高度h地球半徑：

5.965×1024kg自轉(zhuǎn)周期：

8.64×104s三、人造地球衛(wèi)星的分類線速率v三、人造地球衛(wèi)星的分類（2）同步衛(wèi)星的“六個(gè)一定”②定軌道平面：赤道平面①定周期：T=24h⑤定位置:赤道上空高36000km的圓周上某點(diǎn)③定軌道半徑:r=6.6R④定速率:v=3.08km/s⑥定向心加速度:三、人造地球衛(wèi)星的分類（3）同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。三、人造地球衛(wèi)星的分類針對(duì)訓(xùn)練書本P71面B組第4題夢(mèng)想成真——載人航天與太空探索

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號(hào)載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人進(jìn)入太空的夢(mèng)想1969年7月20日，阿波羅11號(hào)將人類送上了月球我國的航天成就

1970年4月24日我國第一顆人造衛(wèi)星升空2007年10月24日嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功2003年10月15日神州五號(hào)載人飛船將我國第一位航天員楊利偉送入太空。截止2017年共11名（14人次）航天員送入太空，包括兩名女航天員。錢學(xué)森——中國航天之父。2010年10月1日嫦娥二號(hào)順利發(fā)射2013年12月2日嫦娥三號(hào)探測(cè)器進(jìn)入太空，當(dāng)月14日成功軟著陸于月球課堂小結(jié)宇宙航行宇宙速度第一宇宙速度（環(huán)繞速度）:第二宇宙速度（脫離速度）:第三宇宙速度（逃逸速度）:v2=11.2km/sv1=7.9km/sv3=16.7km/s同步衛(wèi)星第一宇宙速度物理意義是人造地球衛(wèi)星在地面附近