高一理化生宇宙航行PPT课件

1、第1页/共33页前置学习： 1.1.万有引力定律的表达式？ 2.2.行星运动向心力的来源？ 3.3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？第2页/共33页 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？问题：牛顿人造卫星原理图牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 第3页/共33页牛顿的设想过程第4页/共33页法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 . 7/62411104 . 61089. 51067. 6法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向

2、心力法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）第5页/共33页一宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s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 n 说明：（）如果卫星的速度小于第一宇宙速

3、度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；（）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； ( 3 ）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点 第6页/共33页、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脱离速度）（脱离速度） 这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 如果人造天体的速度大于如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点v2=11.2 km/s第7页/

4、共33页3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度） 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/s第8页/共33页总结：总结：发射速度发射速度v v运动情况运动情况v v7.9km/s7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s 7.9km/s v v 11.2km/s11.2km/s11.2km/sv 11.2km/sv 16.7km/s16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物

5、体落回地面物体落回地面物体在地面附近绕地物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体绕太阳运动物体飞出太阳系物体飞出太阳系第9页/共33页思考： 环绕速率随轨道半径的增大，怎样变化？角速度，周期呢？第10页/共33页思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，向心力越 （2 2）离地面越高，线速度越（3 3）离地面越高，周期越（4 4）离地面越高，角速度越（5 5）离地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小第11页/共33页第12页/共33页想一想： 既然外侧轨道的V比内侧轨道的V小，那么为何还

6、需要在内侧轨道上点火加速，才能“变轨”到外侧轨道上去？第13页/共33页卫星和同步卫星第14页/共33页1、科学卫星2、技术实验卫星3.应用卫星第15页/共33页第16页/共33页探究问题二：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？第17页/共33页课堂练习： 已知地球的半径是已知地球的半径是6400km6400km，地球自转的周期，地球自转的周期24h24h，地球的质量，地球的质量5.895.8910102424kgkg，引力常量引力常量=6.67=6.671010-1

7、1-11NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求：，若要发射一颗地球同步卫星，试求： （1 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 h （2 2）地球同步卫星的环绕速度）地球同步卫星的环绕速度v 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。第18页/共33页同步卫星的必须在赤道上空同步卫星的必须在赤道上空F向向= F引引F向向F引F引引 同步卫星的个数同步卫星的个数大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有步通讯卫星只能有120120颗。可见，空间位

8、置也颗。可见，空间位置也是一种资源。是一种资源。第19页/共33页 二、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念 （1 1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，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（2 2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度 注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度第20页/共33页向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什

9、么？22M mvGmrrG Mvr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 指被发射物体离开地面时的速度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r r大, , 需要的v v发射大；而v v运行却小V发射第21页/共33页能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为80min80min的人造地球卫星？的人造地球卫星？ 课堂练习:第22页/共33页三、地球同步卫星三、地球同步卫星1. 周期周期 T = _24h2. 轨道平面轨道平面_赤道平面赤道平面4. R4.

10、 R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“全部固定全部固定”（如何求？）第23页/共33页第24页/共33页三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。第25页/共33页1 1 万户飞天万户飞天世界上第一个想利用火箭飞行的人世界上第一个想利用火箭飞行的人 1414世纪世纪四 梦想成真第26页/共33页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

11、波罗日，阿波罗1111号将人类送上了月球。号将人类送上了月球。第27页/共33页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 四 梦想成真2 2 中国的航天成就中国的航天成就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第28页/共33页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第29页/共33页3 3 展望未来美国美国“凤凰凤凰”号火星探测器号火星探测器20072007年年8 8月月4 4日发射，日发射，20082008年年5 5月月2525日在火星着陆。日在火星着陆。“卡西尼卡西尼”号土星探测器号土星探测器19971997年年1010月月1515日发射升空，日发射升空，20042004年年1 1日飞抵土星。日飞抵土星。“先驱者先驱者”1010号号太空探测器太空探测器19721972年年3 3月月2 2日发射升空，日发射升空， 19