《宇宙航行》

,第六章万有引力与航天,第5节：宇宙航行,1了解人造卫星的有关知识。知道发射速度与环绕速度的区别。2知道三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。3通过实例，了解人类对太空的探索过程。,本节课从同学们的飞天梦想，再到古人的飞天梦想，激发同学的强烈兴趣。然后从牛顿大胆猜想的草图，激发同学们探索的欲望。然后引导同学们从万有引力提供向心力入手，结合牛顿运动定律自己推导第一宇宙速度。然后大家讨论第二、第三宇宙速度的物理意义，区别环绕速度与发射速度。顺着这个思路大家推导人造卫星的速度、角速度、周期、加速度等公式。介绍人类的各种卫星，理解并推导同步卫星的规律。每个环节进行同步训练，及时反馈教学情况。在“梦想成真”栏目里，简述人类航天事业的发展简史。最后在“科学漫步”栏目里，介绍黑洞的有关知识。,嫦娥奔月的神话传说,敦煌壁画的飞天图腾,万户飞天的勇敢尝试,好奇是点燃智慧的火种，仰望星空，浩瀚的太空充满神秘，探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空，自古以来就是人类的梦想，那么，怎么实现它呢？,在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？,速度大的水平位移大，落地点较远,如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？,牛顿的猜想,物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?,牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。,一、人造卫星的发射原理,建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动,基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供,请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.01024kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？,如果不知道地球的质量，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,则,由此可见，v=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为第一宇宙速度。,在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？,1.第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、匀速圆周运动）,2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。,3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于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。这个速度叫第三宇宙速度。,二、宇宙速度,16.7km/s称为第三宇宙速度,“旅行者1号”探测器1988年飞出太阳系,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：指被发射物体离开地面时的水平初速度。,注意：（1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。（2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。,v发射,v运行,例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，如果它的轨道半径是地球半径的4倍，它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？,解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有,设第一宇宙速度为v1，卫星的轨道速度为v2,1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为km/s。,2,例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（）A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度,BC,三、人造卫星的运动规律,1.卫星绕地球的运动和受力特点,卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引=F向,2.卫星的动力学方程(rvT的关系),地球,对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越_,小,大,小,小,小,例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A.半径越大，速率越大，周期越小B.半径越大，速率越小，周期越大C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关D.所有卫星的速率均相同，与半径无关,B,在地心上,2.现在有几种卫星？,按用途分类:通信卫星;气象卫星,按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星,1.卫星轨道的圆心在哪儿？,各种各样的卫星,2.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是(),卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的,D,四、地球同步卫星（通信卫星）,1.所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T24h。,2.所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。,3.地球同步卫星的特点：“五个一定”（1）周期一定：T=24h（2）高度一定:在赤道上空（3）速率、角速度一定（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面,三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球,例4.求同步卫星离地面高度。,地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h处？,3.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的,ACD,例5.求近地卫星的周期,我们能发射一颗周期为80min的卫星吗？,五、梦想成真,阿波罗登月,“先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系。,“卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。,美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射升空，2008年5月25日在火星着陆。,一、人造卫星的原理二、宇宙速度1.第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s2.第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s三、人造卫星的运动规律四、同步卫星1.周期T=24h2.卫星轨道平面与地球赤道平面重合五、梦想成真,1.两颗人造地球卫星质量之比m1m2=12，轨道半径之比R1R2=31，下列有关数据之比正确的是()A.周期之比T1T2=31B.线速度之比v1v2=31C.向心力之比F1F2=19D.向心加速度之比a1a2=19,D,2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是（）A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cD.a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增