宇宙航行优秀课件

1、6.5 宇宙航行6.5 宇宙航行创创设设情情境境6.5 宇宙航行问题问题: :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. 1.月球也要受到地球引力的作用月球也要受到地球引力的作用, ,为什么月亮为什么月亮 不会落到地面上来不会落到地面上来? ? 由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转, ,此时月球受此时月球受到的地球引力到的地球引力( (即重力即重力),),用来充当绕地球运转的向心力用来充当绕地球运转的向心力, ,故故月球不会落到地面上来月球不会落到地面上来. .问问题题探探究究6.5 宇宙航行0vabcd让物

2、体做平抛运动初速度逐渐增大让物体做平抛运动初速度逐渐增大o科科学学设设想想6.5 宇宙航行一、牛顿关于卫星的设想 物体做平抛运动时物体做平抛运动时, ,水平速度越大，飞行水平速度越大，飞行的水平距离越远。的水平距离越远。 2. 2.若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大, ,物体将会物体将会 怎样怎样? ?试大胆猜想。试大胆猜想。 abcov0d问题问题: :问问题题探探究究6.5 宇宙航行 从高山上水平抛出物体，速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，物体有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会

3、落到地面上来，它将围绕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地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。的人造卫星。一、牛顿关于卫星的设想地球问问题题归归纳纳6.5 宇宙航行问问题题探探究究6.5 宇宙航行思考？思考？ 以多大的速度将物体抛出，以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动它才会成为绕地球表面运动的卫星的卫星? 合合作作探探究究6.5 宇宙航行探究二探究二 若已知：地球表若已知：地球表面重力加速度面重力加速度 地球的半径地球的半径r=6400kmr=6400km 探究探究：物体在地球表面物体在地球表面附近做匀速圆周运动的附近做匀速圆周运动的线速度及周

4、期线速度及周期探究一探究一 若已知：地球的若已知：地球的质量为质量为 半径半径r=6400km，引力常，引力常量量g=探究探究：物体在地球表面附物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速近做匀速圆周运动的线速度及周期度及周期22111067. 6kgnm28 . 9msg合作探究合作探究kgm241098. 56.5 宇宙航行探究一探究一 若已知：地球的质量为若已知：地球的质量为 半径半径r=6400km，引力常量，引力常量g=探究：物体在地球表面附近运行的线速度探究：物体在地球表面附近运行的线速度（第一宇宙速度）及周期（第一宇宙速度）及周期22111067. 6kgnm22mmvgmrr=7.9

5、km/gmvsr=2224mmgmrrt=84.6min解：解：gmrt32kgm241098. 56.5 宇宙航行探究二探究二 若已知：地球表面的重力加若已知：地球表面的重力加速度速度g= 地球的半径地球的半径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：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期28 . 9msskmgv/9 . 7r 解：解：2grt = 22tmrmg=84.6minrvmmg26.5 宇宙航行(1)(1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，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；卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)

6、(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；面附近作匀速圆周运动；二、宇宙速度二、宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度人们把人们把7.97.9km/skm/s这个速度称作第一宇宙速度这个速度称作第一宇宙速度, ,又叫环绕速度。又叫环绕速度。 问问题题归归纳纳所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。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所必须具备的速度 6.5 宇宙航行速度在速度在v=7.9km/s的基础上继续增的基础上继续增大，物体做

7、什么样的运动呢？大，物体做什么样的运动呢？椭圆运动椭圆运动设设置置问问题题6.5 宇宙航行自自主主学学习习 1.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？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？第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？第三宇宙速度第三宇宙速度: v16.7kms， 是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。小发射速度。（脱离速度）（脱离速度）（逃逸速度）（逃逸速度）地地6.5 宇宙航行1 1、当发射速度为、当发射速度为7.9km/s,7.9km/s, 物体恰好环绕地球表面做圆周运动；物体恰好环绕地球表面做圆周

8、运动；2 2、当、当发射速度发射速度大于大于7.9km/s 7.9km/s 时：时： 7.9km/s 7.9km/sv11.2km/s,11.2km/s, 物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆； 11.2km/s 11.2km/sv16.7km/s16.7km/s 物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行；物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行； v16.7km/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。二、宇宙速度问问题题归归纳纳6.5 宇宙航行1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）: :就是物体在地就是物体在

9、地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度面附近绕地球做匀速圆周运动的速度v=7.9km/sv=7.9km/s，若，若 7.9km/sv11.2km/s 7.9km/sv11.2km/s ，它绕地球运动的轨迹是椭圆，它绕地球运动的轨迹是椭圆. . ( (最大环绕速度最大环绕速度,最小发射速度最小发射速度) )2 2、第二宇宙速度（脱离速度）：、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度当物体的速度大于或等于大于或等于11.2km/s11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永时，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

10、到太阳的引力。到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速如果物体的速度等于或大于度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束，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。叫第三宇宙速度。6.5 宇宙航行3.对于其他的星球，以上三个宇宙速对于其他的星球，以上三个宇宙速度是否变化呢？度是否变化呢？变化，不同星球的宇宙速度一般变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的是不一样的例如：地球的第一宇宙速度是例如：地球的第一宇宙速度是

11、7.9km/s金星的第一宇宙速度是金星的第一宇宙速度是7.3km/s7.9km/gmvsr=问问题题探探究究6.5 宇宙航行注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线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发射速度指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度v运行v1=7.9km/s （第一宇宙速度）（第一宇宙速度）最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度人造卫星的人造卫星的r r大大, , 需要的需要的v v发射发射大；而大；而v v运行运行却小却小v发射发射速度和运行速度发射

12、速度和运行速度注意：宇宙速度均指发射速度注意：宇宙速度均指发射速度概概念念辨辨析析6.5 宇宙航行卫星的运动规律卫星的运动规律223(2) :mmgmgmrrr卫地地卫由得22(1) :mmgmvgmvrrr卫地地卫由得23224 2(3) :mmrgmrtrtgm卫地卫地由得可见：可见：v v、t t 与与 r r 为为 一一 一对应关系一对应关系r为卫星的轨道半径为卫星的轨道半径r=r地地+h归归纳纳总总结结6.5 宇宙航行反馈练习：1. 宇宙速度宇宙速度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6.5 宇宙航行 b6.5 宇宙航行a 2.v、t与半径的关系

13、与半径的关系小结：小结： v、随半径的增大而减小，随半径的增大而减小，t随随半径的增大而增大（注：对半径的增大而增大（注：对同一同一中心天体）中心天体）6.5 宇宙航行d2: 1:, 1 : 4:babavvrr1 : 2:, 1 : 4:babavvrr1 : 2:, 4: 1:babavvrr2: 1:, 4: 1:babavvrr6.5 宇宙航行三、人造卫星三、人造卫星1. 轨道中心轨道中心地心地心2. _ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力地球地球合合作作探探究究6.5 宇宙航行如图所示，如图所示，a、b、c、d四条轨四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪条？道中不能作为卫星轨道的是哪条？

14、提示：卫星作圆周运动的提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心向心力必须指向地心合合作作探探究究6.5 宇宙航行 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上 6.5 宇宙航行相对于地面静止且与地球自转同步的卫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。星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。对于同步卫星的对于同步卫星的发射及轨道定位发射及轨道定位有什么要求呢，有什么要求呢，怎样才能保持与怎样才能保持与地球同步呢？地球同步呢？地球同步卫星：地球同步卫星：6.5 宇宙航行反反馈馈练练习习已知地球的半径是已知地球的半径是6400km，地球自

15、转的周期，地球自转的周期24h，地球的质量，地球的质量5.891024kg，引力常量，引力常量=6.6710-11nm2/kg2 ，若要发射一颗地球同步，若要发射一颗地球同步卫星，试求：卫星，试求： （1）地球同步卫星的离地面高度）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）地球同步卫星的环绕（运行）速度v结论：结论： 地球同步卫星必须发射在赤道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。速度环绕地球做圆周运动。r、 v、t 、g 均为定值均为定值6.5 宇宙航行同步卫星同步卫星同步卫星有以下几个特点：同步

16、卫星的高度：同步卫星的高度：（1 1）周期一定）周期一定t=24ht=24h（2）在赤道平面内）在赤道平面内（3）高度一定）高度一定（） 解得高度解得高度 ： km -g6.5 宇宙航行1883年，俄国学者齐年，俄国学者齐奥尔科夫斯基提出使奥尔科夫斯基提出使用火箭发射宇宙飞船用火箭发射宇宙飞船的设想的设想。创创设设情情境境6.5 宇宙航行19611961年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。19691969年年7 7月月2020日，阿波罗日，阿波罗1111号将

17、人类送上了月球。号将人类送上了月球。、梦想成真、梦想成真6.5 宇宙航行19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 我国的航天成就我国的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射一号月球探测器发射成功成功6.5 宇宙航行20032003年年1010月月1515日日神舟五号神舟五号杨利伟杨利伟20052005年年1010月月1212日日神舟六号神舟六号费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜20082008年年9 9月月2525日日神舟七号神舟七号翟志刚刘伯明翟志刚刘伯明景海鹏景海鹏6.5 宇宙航行1、三个宇宙速度三个宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导会推导）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s2 2、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法研究天体运动，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，万有引力全部提供天体或人造卫星的向