第四节：宇宙航行PPT(上课)

,中国人的飞天梦,外国人的“飞天”梦,飞天之梦的历史,第,5,节 宇宙航行,问题,:,一、牛顿关于卫星的设想,地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。,1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?,问题情境,由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.,一、牛顿关于卫星的设想,物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。,2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。,由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大,故物体不能再 落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.,A,B,C,O,V,0,D,问题,:,问题情境,从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。,牛顿人造卫星原理图,一、牛顿关于卫星的设想,思考？,1.,以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?,推导方法一：,万有引力提供物体作圆周运动的向心力,g=9.8m/s,2,，,R=6400km，,代入数据得：,推导方法二：,地表附近，,重力近似等于万有引力,人们把,7.9,km/s,这个速度称作,第一宇宙速度,又叫环绕速度。,如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将,落到地面,;,如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作匀速圆周运动。,所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。,二、宇宙速度,发射速度：,这里指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道；,不同于电视上看到的卫星发射,.,运行速度,：,卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。,（补充）：,卫星发射速度和卫星运行速度的区别,问题,:,若卫星的发射速度大于,7.9,km/s,，会怎样呢？,第二宇宙速度,:,物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.,（脱离速度）,第三宇宙速度,:,物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度.,(逃逸速度),11.2 km/s V 7.9 km/s,V=16.7 km/s,V=11.2 km/s,V=7.9km/s,绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越,“,扁,”,。,第一宇宙速度,:,物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度,.,（环绕速度）,二、宇宙速度,1,、当发射速度为,7.9km/s,物体恰好环绕地球表面做圆周运动；,2,、当发射速度大于,7.9km/s,时：,7.9km/s,V,11.2km/s,但环绕速度,7.9km/s,物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；,11.2km/s,V,16.7km/s,物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。,二、宇宙速度,第一宇宙速度的计算,例,1,、金星的半径是地球的,0.95,倍，质量为地球的,0.82,倍，那么,（,1,）金星表面的自由落体加速度是多大？,（,2,）金星的第一宇宙速度是多大？,表征人造卫星运行状态的物理量有三个,:,环绕速度,v,转动半径,r,(,或,R+h,h,为离地的高度,),转动周期,T,.,将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动,，则,卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：,三、,人造地球卫星运行的规律,结论：,卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。,离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。,所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小,发射速度,，也是卫星绕地球做圆周运动的最大,运行速度,。,三、,人造地球卫星运行的规律,问题：,将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？,三、,人造地球卫星运行的规律,向高轨道发射卫星时,需要的初速度越大,，,火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难,.,提示：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢？,思考：,我们能否发射一颗周期为,70min的卫星呢？,不能！,探究问题二：人造卫星的轨道,（,1,）如图所示，,a,、,b,、,c,三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？,a,b,c,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,卫星的轨道必须是以地心为圆心的圆周轨道,所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上,三类人造地球卫星轨道：,赤道轨道,，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方,极地轨道,，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空,一般轨道,，卫星轨道和赤道成一定角度。,人造地球卫星的运行轨道,相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。,对于同步卫星的发射及轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？,地球同步卫星：,同步卫星,同步卫星有以下,几个特点,：,同步卫星的高度：,（,1）周期一定T=24h,（,2）在赤道平面内,（3）高度一定,（,）,解得高度：,km,-,G,人类探索太空的过程,1961年，苏联宇航员,尤里,加加林,，完成,人类历史上第一次宇宙飞行,，人类飞天梦想终于变成现实。,1963年，,瓦莲蒂娜,捷列什科娃,，,人类第一位进入太空的女性,。,1969年7月20日，美国宇航员,尼尔,阿姆斯特朗、迈克尔柯林斯、巴兹奥尔德林,(上图从左至右)，,成功登月,。,左图为月球上的奥尔德林，头盔中人影为阿姆斯特朗。,1984年，美国宇航员布鲁斯,麦坎德利斯离开航天飞机,320英尺，完成,人类首次无安全索太空行走。,2001,年，,第一位太空游客,美国人,蒂托,(,中,),，进入国际空间站，开始太空观光。,阿波罗,11,号宇航员在月球上的视频,点击图片即播放,我国载人航天回顾,杨利伟在太空展示中国和联合国国旗,我国首位航天员,杨利伟,2003年,“,神舟,”,五号 中国人,“,飞天,”,梦圆,费,俊,龙,在,做,身,体,检,查,美味佳肴飘进来,成功返航,奉,命,出,征,2005年,“,神舟,”,六号,首次,“,多人多天,”,空间飞行,2008年,“,神舟,”,七号,首次太空行走,1,、,三个宇宙速度,：,v,1,=7.9,km/s,（,会推导,）；,v,2,=11.2,km/s,；,v,3,=16.7,km/s,2,、,研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法,：,把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，,(,v,为线速度,、,为角速度,、,T,为周期,、,n,为转速,),五、,课堂小结,1、第一宇宙速度（环绕速度）:,就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,V=7.9km/s，若,7.9km/sv11.2km/s,，它绕地球运动的轨迹是椭圆,.(,最大环绕速度,最小发射速度,),2、第二宇宙速度（脱离速度）：,当物体的速度大于或等于,11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。,3、第三宇宙速度（逃逸速度）,：,如果物体的速度等于或大于,16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。,