宇宙航行精品课件

中国人的飞天梦,外国人的“飞天”梦,各种各样的卫星,返回,我国具有世界上最先进的航天技术神州五号、六号载人航天的成功离不开万有引力定律。现在我们头顶上有很多的人造卫星，它们的发射离不开万有引力定律。卫星如何上天？如何到达指定的高度或位置？上去后会掉下来吗有很多的问题本节课我们利用万有引力定律和圆周运动的知识对宇宙航行作一个初步的了解与研究。,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.,探究:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？,300多年前，牛顿提出设想,一、人造卫星,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,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,二、宇宙速度（1）,讨论1：质量为m的人造卫星，绕质量为M的地球作半径为r的匀速圆周运动，卫星的线速度有V与轨道半径r之间有何关系呢？,分析：万有引力作为向心力:方程：结论：,半径越大，环绕速度越小。,二、宇宙速度（2）,虽然“R大，V小”，但向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。,高轨道,低轨道,讨论2：向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？,第一宇宙速度：v=7.9km/s,最小的发射速度最大的环绕速度近地卫星的环绕速度,讨论3：在地面附近发射飞行器时如果发射速度大于7.9Km/S，或者更大时会对飞行器的运行轨道有何影响？,讨论4：这三个“宇宙速度”的物理意义是什么？,二、宇宙速度（3）,7.9km/sV11.2km/s,V1第一宇宙速度：卫星刚好能在地表附近作圆周运动最小发射速度V2第二宇宙速度：卫星挣脱地球引力束缚最小发射速度V3第三宇宙速度：卫星挣脱太阳引力束缚最小发射速度,V1=7.9Km/s第一宇宙速度,V2=11.2Km/s第二宇宙速度,V3=16.7Km/s第三宇宙速度,讨论5:什么是地球同步卫星？,所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T,讨论6:地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h？,所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上,可见，空间位置也是一种资源。,人类在浩瀚的宇宙发射了多种多样的人造卫星其中有一种很特别的卫星成为地球同步卫星（经常用做通讯卫星）。,三、地球同步卫星,同步卫星的特点1.在赤道上方2.周期和地球自转周期相同3.高度一定,航天史：1、1957年10月4日世界上第一颗人造卫星在苏联发射成功。2、1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。飞船绕地球飞行一圈，历时108分，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。3、1969年7月16时32分，阿波罗11号飞船在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日10时56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过十小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”4、1992年中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日9时，我国神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。,四、梦想成真,5、2005年10月12日17日，神舟六号载人飞船经过115小时32分的太空飞行，在完成我们真正意义上有人参与的空间科学实验后返航顺利着陆，航天员费俊龙、聂海胜安全返回。6、我国探月计划2004年2007年为“绕”的阶段，主要目标是发射“嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期1年的全球性、整体性和综合性探测。2007年2012年为“落”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月球巡视探测。2012年2017年为“回”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆并采样返回。只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月。,1、人造卫星2、宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km/s，卫星刚好能在地表附近作圆周动（1、近地卫星的环绕速度；2、卫星的最小发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）第二宇宙速度：V2=11.2km/s,卫星挣脱地球引力束缚第三宇宙速度：V3=16.7km/s,卫星挣脱太阳引力束缚3、地球同步卫星,小结,1、若某一人造地球卫星运行时，它的天线断开，断开的天线将如何运动？,2在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室内，下列仪器中不能正常使用的是A弹簧秤B天平C酒精温度计D秒表,小试牛刀：,3同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，关于同步卫星的说法中正确的是A它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B它可以在地面上任一点的正上