宇宙航行上课PPT.ppt

第5节 宇宙航行,中国人的飞天梦,外国人的“飞天”梦,飞天之梦的历史,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.,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/s2，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7.9km/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,元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四 驾考宝典网 / 驾考宝典2016科目一 科目四,问题: 若卫星的发射速度大于7.9km/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),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/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。,二、宇宙速度,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。,（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别,发射速度：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； 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。所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度。,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？ 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.,三、人造地球卫星运行的规律,四、课堂练习,例题: 我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？,人类探索太空的过程,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)，