高中一年級下學期物理《宇宙航行》課件

宇宙航行問題：?

如圖所示，在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》中，牛頓設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個速度究竟有多大嗎？平拋運動人站在地面上水平向前扔出一個小球，不計空氣阻力，則小球的運動為：如果不斷增加拋出的初速度，則有：在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》中，牛頓設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠。有沒有可能當拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面了？這個時候，小球就成了一顆人造地球衛(wèi)星了。這個使小球不會落回地面的速度究竟是多大呢？一、宇宙速度

建立模型物體在地球附近繞地球運動時，物體只受到指向地心的引力作用，物體繞地球的運動可視作勻速圓周運動。若知道地球的質(zhì)量M和物體做圓周運動的軌道半徑r，就可求出物體繞行速度的大小。一、宇宙速度已知地球半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=6.0×1024kg，衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度有多大？一、宇宙速度這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的必須具有的速度，叫作第一宇宙速度物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動時，還可近似認為是重力來提供需要的向心力：

思考：如果不知道地球的質(zhì)量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？由此可見：要發(fā)射一顆繞地球表面附近運行的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須等于7.9km/s

。所以宇宙第一速度是最小的發(fā)射速度。可見：v、ω、T與r為一一對應關系，高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小、角速度小，周期長。FV思考：衛(wèi)星繞地球勻速圓周運動的線速度、角速度和周期與軌道半徑的關系如何呢？

7.9km/s是最小發(fā)射速度，也是最大環(huán)繞（運行）速度。

運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。軌道越高，環(huán)繞速度越小。思考：若發(fā)射速度大于7.9km/s，則人造衛(wèi)星將如何運動？Av1發(fā)射速度

v=7.9km/s，飛行器沿圓形軌道1繞地心做勻速圓周運動；2發(fā)射速度

v>7.9km/s，且v<11.2km/s飛行器沿軌道2做（橢圓軌道）運動；3發(fā)射速度

v越大，軌道的遠地點離地球就越遠。在地面上發(fā)射火箭的速度如果是以下幾種情況：一、宇宙速度在地面上發(fā)射火箭的速度如果是以下幾種情況：vA4當速度v>11.2km/s，飛行器將沿軌道4（藍色虛線）運動，只是這個軌道的遠地點在離地球無限遠處，飛行器將脫離地球引力的束縛，永遠離開地球，繞著太陽運動；第二宇宙速度213第二宇宙速度也稱為逃逸速度。一、宇宙速度在地面上發(fā)射火箭的速度如果是以下幾種情況：當速度v>16.7km/s時，飛行器將脫離太陽引力束縛，飛到太陽系以外。5第三宇宙速度地球表面上的發(fā)射速度v運動情況v<7.9km/s物體落回地面v=7.9km/s繞地球勻速圓周7.9km/s<v<11.2km/s繞地球橢圓運動11.2km/s≤v<16.7km/s脫離地球，繞太陽運動16.7km/s≤v飛出太陽系三大宇宙速度二、人造地球衛(wèi)星北斗導航衛(wèi)星人造衛(wèi)星的軌道地球的萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，所以衛(wèi)星軌道圓心和地球地心必須重合。①赤道軌道：衛(wèi)星軌道與赤道在同一平面上；①赤道軌道②極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直；③傾斜軌道：衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。②極地軌道③傾斜軌道二、人造地球衛(wèi)星分析可知，衛(wèi)星軌道半徑越大，運行速度越慢，周期越長。

人造衛(wèi)星的運動學參量：高軌低速長周期二、人造地球衛(wèi)星人造衛(wèi)星的兩個速度：①

發(fā)射速度：

將人造衛(wèi)星送入預定軌道需要具有的速度。第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度。②

環(huán)繞速度：

衛(wèi)星在進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度。第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度。二、人造地球衛(wèi)星三、載人航天與太空探索人類一直有“飛天”的夢想，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，不僅破解了天上行星的運行規(guī)律，也為人類開辟了上天的理論之路。隨著技術的進步，人類邁向太空的腳步越來越大，越來越堅實。三、載人航天與太空探索

2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標志著中國成為世界上能夠獨立開展載人航天活動的國家。在載人航天方面，繼神舟五號之后，截至2017年底，我國已經(jīng)將