6.5 宇宙航行ppt课件

第五节宇宙航行 仰望星空 嫦娥奔月 外国人的飞天梦 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 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 平抛运动演示 让物体做平抛运动初速度逐渐增大 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 问题 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 一 牛顿关于卫星的设想 思考 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 探究二若已知 地球表面重力加速度地球的半径R 6400km探究 物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期 探究一若已知 地球的质量为半径R 6400km 引力常量G 探究 物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期 合作探究 探究一若已知 地球的质量为半径R 6400km 引力常量G 探究 物体在地球表面附近运行的线速度 第一宇宙速度 及周期 84 6min 解 探究二若已知 地球表面的重力加速度g 地球的半径R 6400km探究 物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期 解 84 6min 1 如果卫星的速度小于第一宇宙速度 卫星将落到地面而不能绕地球运转 2 等于这个速度 卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动 二 宇宙速度 第一宇宙速度人们把7 9km s这个速度称作第一宇宙速度 又叫环绕速度 所以 第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度 速度在v 7 9km s的基础上继续增大 物体做什么样的运动呢 椭圆运动 1 第二宇宙速度是多少 它的意义是什么 3 第三宇宙速度是多少 它的意义是什么 第三宇宙速度 v 16 7km s 是挣脱太阳引力束缚 飞到太阳系外的最小发射速度 脱离速度 逃逸速度 地 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 物体仍绕地球运行 但径迹是椭圆 11 2km s V 16 7km s物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行 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 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 s v 11 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 3 对于其他的星球 以上三个宇宙速度是否变化呢 变化 不同星球的宇宙速度一般是不一样的 例如 地球的第一宇宙速度是7 9km s金星的第一宇宙速度是7 3km s 注意 人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度 发射速度指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度 V1 7 9km s 第一宇宙速度 最小发射速度 最大运行速度 人造卫星的r大 需要的v发射大 而v运行却小 发射速度和运行速度 注意 宇宙速度均指发射速度 卫星的运动规律 可见 v T与r为一一对应关系 r为卫星的轨道半径r R地 h 反馈练习 1 宇宙速度 练习1 关于第一宇宙速度 下面说法正确的A 人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B 近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C 能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D 卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 BC 小结 第一宇宙速度是发射的最小速度 是使卫星绕地球做圆周运动的最大速度 练习2 人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动 其速率是下列的 A 一定等于7 9km sB 等于或小于7 9km sC 一定大于7 9km sD 介于7 9km s 11 2km s B 练习1 关于环绕地球运转的人造地球卫星 有如下几种说法 其中正确的是 A 轨道半径越大 速度越小 周期越长B 轨道半径越大 速度越大 周期越短C 轨道半径越大 速度越大 周期越长D 轨道半径越小 速度越小 周期越长 A 2 v T与半径的关系 小结 v 随半径的增大而减小 T随半径的增大而增大 注 对同一中心天体 D 练习2 两颗人造卫星A B绕地球做圆周运动 周期之比为TA TB 1 8 则轨道半径之比和运动速率之比分别为A BC D 三 人造卫星 1 轨道中心 地心 2 提供向心力 万有引力 地球 如图所示 A B C D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪条 提示 卫星作圆周运动的向心力必须指向地心 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 已知地球的半径是6400km 地球自转的周期24h 地球的质量5 89 1024kg 引力常量 6 67 10 11Nm2 kg2 若要发射一颗地球同步卫星 试求 1 地球同步卫星的离地面高度h 2 地球同步卫星的环绕 运行 速度v 结论 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度 并且以固定的速度环绕地球做圆周运动 r v T g均为定值 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 1883年 俄国学者齐奥尔科夫斯基提出使用火箭发射宇宙飞船的设想 1957年10月 苏联发射第一颗人造地球卫星 1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空 实现了人类进入太空的梦想 1969年7月20日 阿波罗11号将人类送上了月球 三 梦想成真 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空 我国的航天成就 2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功 2003年10月15日神舟五号杨利伟 2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜 2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏 1 三个宇宙速度 v1 7 9km s 会推导 v2 11 2km s v3 16 7km s2 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 3 人造卫星的轨道和地球同步卫星特点 课堂小结 三颗人造地球卫星A B C绕地球作匀速圆周运动 已知MA MBvB vCB 周期关系为TA TB TCC 向心力大小关系为FA FB FCD 半径与周期关系为 ABD 练习 作业 问题与练习2 3 神六变轨 神六飞船入轨后先是在近地点200公里 远地点350