高一物理必修2-宇宙航行

高一物理必修2--宇宙航行第一頁，共53頁。嫦娥奔月

敦煌飛天的壁畫第一頁第二頁，共53頁。一、牛頓的設(shè)想----發(fā)射人造衛(wèi)星

<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>

2.最小的發(fā)射速度是多少?思考1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動特點(diǎn)和受力特點(diǎn)?第二頁第三頁，共53頁。1.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的運(yùn)動和受力特點(diǎn)?衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力。

F引=Fn

二、衛(wèi)星的動力學(xué)方程?(r-V-ω

-T的關(guān)系)地球VTωrRrM

m第三頁第四頁，共53頁。線速度,角速度,周期與軌道半徑的關(guān)系？(2)由ＧMm/r2＝ｍω２ｒ得:ω=(3)由F引＝mr(2π/T)2

得：Ｔ＝２π(1)由Ｇ得:ｖ＝∴衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的周期越大！∴衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越??！第四頁第五頁，共53頁。這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。二、近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度是多少呢？第五頁第六頁，共53頁。練習(xí)：求近地衛(wèi)星的周期我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢？第六頁第七頁，共53頁。1、第一宇宙速度：v=7.9km/s

(地面附近、勻速圓周運(yùn)動）

2、第二宇宙速度：發(fā)射物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫當(dāng)離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力3、第三宇宙速度：如果發(fā)射物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。這個速度叫第三宇宙速度。三、宇宙速度------幾個特殊的發(fā)射速度（最小的發(fā)射速度）第七頁第八頁，共53頁?！咎骄繂栴}二】 (1)如圖所示，a、b、c三軌道中可以作

為衛(wèi)星軌道的是哪一條？ 提示：衛(wèi)星作

圓周運(yùn)動的向心力

必須指向地心 (2)這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星

可能和地球自轉(zhuǎn)同步？abc第八頁第九頁，共53頁。 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。練習(xí)： 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.第九頁第十頁，共53頁。四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念．第十頁第十一頁，共53頁。四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念． (1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無能量補(bǔ)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(jìn)入運(yùn)動軌道．第十一頁第十二頁，共53頁。四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念．

(1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無能量補(bǔ)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(jìn)入運(yùn)動軌道． (2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后

繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼

著”地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度.第十二頁第十三頁，共53頁。四、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念．注意:衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度. (1)發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離

開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再

無能量補(bǔ)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(jìn)入運(yùn)動軌道． (2)環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后

繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度．當(dāng)衛(wèi)星“貼

著”地面運(yùn)行時，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度.第十三頁第十四頁，共53頁。 (1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪

一個更容易？為什么？學(xué)生思考第十四頁第十五頁，共53頁。 (1)將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪

一個更容易？為什么？ (2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？

為什么？學(xué)生思考第十五頁第十六頁，共53頁。 (3)發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地球旋轉(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

一個更容易？為什么？ (2)所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？

為什么？學(xué)生思考第十六頁第十七頁，共53頁。第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?【探究問題三】第十七頁第十八頁，共53頁。第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s【探究問題三】第十八頁第十九頁，共53頁。第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度?提示：同步衛(wèi)星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,也

是最大的環(huán)繞速度結(jié)論:【探究問題三】第十九頁第二十頁，共53頁。 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：第二十頁第二十一頁，共53頁。 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：第二十一頁第二十二頁，共53頁。 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：第二十二頁第二十三頁，共53頁。 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：第二十三頁第二十四頁，共53頁。 線速度、角速度、周期、向心加速度

與半徑的關(guān)系：練習(xí)：第二十四頁第二十五頁，共53頁。h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球練習(xí)：近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較第二十五頁第二十六頁，共53頁?！杆伎肌箤τ诶@地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______第二十六頁第二十七頁，共53頁。「思考」對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小第二十七頁第二十八頁，共53頁?！杆伎肌箤τ诶@地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小小第二十八頁第二十九頁，共53頁?！杆伎肌箤τ诶@地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______小大小第二十九頁第三十頁，共53頁。小大小小「思考」對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______第三十頁第三十一頁，共53頁。小大小小小「思考」對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越__________（2）離地面越高，線速度越__________（3）離地面越高，周期越____________（4）離地面越高，角速度越__________（5）離地面越高，向心加速度越______第三十一頁第三十二頁，共53頁。

練習(xí)： 能否發(fā)射一顆周期為80min的人

造地球衛(wèi)星？第三十二頁第三十三頁，共53頁。一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向

心力由萬有引力提供:第三十三頁第三十四頁，共53頁。二、三種宇宙速度：一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向

心力由萬有引力提供:v1=7.9km/s．（會推導(dǎo)）

v2=11.2km/s v3=16.7km/s第三十四頁第三十五頁，共53頁。人類航天始祖----萬戶人類航天的始祖是我國明朝的萬戶。在15世紀(jì)的我國明朝早期，一位名叫“萬戶”的官員，在一把椅子的背后裝上47支火箭。當(dāng)然，那是當(dāng)時能買到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用繩子綁緊。兩手則各拿一個大風(fēng)箏。然后他要仆人將47支火箭同時點(diǎn)燃，想借用火箭的力量把他推向空中。這是美國人羅伯特·吉姆在1945年出版的《火箭與噴射》一書中的敘述。英國、德國和前蘇聯(lián)的一些火箭專家，在他們的著作中也提到或引用了這件事?？梢姡f戶是世界上公認(rèn)的“第一個嘗試?yán)没鸺M(jìn)行飛行的人”。為表彰他的功績，國際天文聯(lián)合會將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”。五、夢想成真（適當(dāng)介紹）第三十五頁第三十六頁，共53頁。航天科學(xué)的三位先驅(qū)

齊奧爾科夫斯基

于1903年發(fā)表了《利用噴氣工具研究宇宙空間》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液體發(fā)動機(jī)的理論基礎(chǔ)還證明了脫離地球引力必須使用多級火箭。

第三十六頁第三十七頁，共53頁。航天科學(xué)的三位先驅(qū)戈達(dá)德1926年他研制出世界上第一枚液體火箭第三十七頁第三十八頁，共53頁。航天科學(xué)的三位先驅(qū)

馮·布勞恩

第二次世界大戰(zhàn)時，納粹德國在波羅的海邊的佩內(nèi)明德建了一個秘密導(dǎo)彈工廠。馮·布勞恩帶領(lǐng)一批科學(xué)家在那里研制出現(xiàn)代導(dǎo)彈的鼻祖V-2。V-2導(dǎo)彈在二戰(zhàn)中被成批生產(chǎn)并用于實戰(zhàn)，主要用來轟炸倫敦。第三十八頁第三十九頁，共53頁。人類遨游太空回顧

尤里·加加林

1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林乘坐東方1號航天器，繞地球飛行108分鐘后，勝利地完成人類歷史上第一次宇宙飛行的任務(wù)，使人類遨游太空的夢想終于變成現(xiàn)實。第三十九頁第四十頁，共53頁。1963年6月16日駕駛宇宙飛船“東方6號”升空，作圍繞地球48圈的飛行，成為人類第一位進(jìn)入太空的女性，并為此榮獲蘇聯(lián)英雄稱號。人類遨游太空回顧第四十頁第四十一頁，共53頁。人類遨游太空回顧尼爾·阿姆斯特朗巴茲·奧爾德林1969年7月20日，美國宇航員巴茲·奧爾德林（如圖）和尼爾·阿姆斯特朗（頭盔中影像）乘“阿波羅”11號飛船首次登上月球。第四十一頁第四十二頁，共53頁。人類遨游太空回顧布魯斯·麥坎德利斯1984年6月7日，美國航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號宇航員布魯斯·麥坎德利斯使用載人機(jī)動裝置，離開航天飛機(jī)320英尺，完成了人類首次無安全索太空行走第四十二頁第四十三頁，共53頁。人類遨游太空回顧蒂托2001年4月30日，第一位太空游客、美國人蒂托（中）快樂地進(jìn)入國際空間站，開始了他為期一周的太空觀光生活。太空旅游的開辟使得普通人也能夠像宇航員一樣暢游星際之間。第四十三頁第四十四頁，共53頁。人類遨游太空回顧楊利偉2003年10月15日，中國自行研制的“神舟”五號載人飛船，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，中國首位航天員楊利偉被順利送上太空。一個人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對不解之謎！-----愛因斯坦第四十四頁第四十五頁，共53頁。1.把衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動看做勻速圓周運(yùn)動,則離地球越遠(yuǎn)的衛(wèi)星()A.周期越小B.線速度越小C.角速度越小D.加速度越小六、練習(xí)反饋第四十五頁第四十六頁，共53頁。2、發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球半徑4倍,它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？解:萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力根據(jù)牛頓第二定律有整理得設(shè)第一宇宙