宇宙航行(上课)

1、5 5宇宙航行神舟五号发射成功的精彩瞬间回顾神舟五号发射成功的精彩瞬间回顾ABCDOV0以平抛运动为模型的推理过程地球地球牛顿人造卫星原理图 牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体上水平抛出一个物体，速，速度一次比一次大，度一次比一次大，落地点也就一次比一落地点也就一次比一次远；如次远；如果速度足够大，果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫为人造地球卫星。星。地球地球（2）. 轨道中心轨道中心地地心心（1）. _ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨

2、道其它轨道其它轨道一、人一、人造地球卫星造地球卫星1234 思考: 观察以下人造卫星的线速度、周期、观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系角速度的大小关系?思考：对于绕地球运动的人造卫星：思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，线速度越离地面越高，线速度越（2 2）离地面越高，角速度越离地面越高，角速度越（3 3）离地面越高，周期越离地面越高，周期越小小小小大大小小22MmvGmrr GMvr 1vr 22MmGmrr 3GMr 222()MmGmrTr 32rTGM 3Tr 31r 相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球球同

3、步卫星同步卫星，又叫，又叫通讯卫星通讯卫星。FF1F2（2）这三条轨道中哪一）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能条轨道中的卫星可能是同步卫星？是同步卫星？（1）如图所示，）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？星轨道的是哪一条？问题一：问题一：课堂练习：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- -1111NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求：，若要

4、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 vGmM/r2=m(2/T)2r，h=r-R为固定值（为固定值（ h=3.6104km ） T=24T=24小时小时 v =2r/ T，v=3.1km/s地球同步卫星的特点：地球同步卫星的特点：“四个一定四个一定”（1）周期（角速度）一定：）周期（角速度）一定：T=24h（2）高度一定）高度一定: 在赤道上空在赤道上空h=3.6104km处处（3）速率一定：）速率一定：v3.1 kms（4）轨道平面一定：与地球赤道平）轨道平面一定：与地球赤道

5、平面共面。面共面。h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球近地卫星、同步卫星、近地卫星、同步卫星、月球三者比较月球三者比较 例例11据某报报道，某国发射了一颗周期据某报报道，某国发射了一颗周期为为8080分钟的人造地球卫星，请你用学过的分钟的人造地球卫星，请你用学过的知识判断这则新闻的真伪。知识判断这则新闻的真伪。问问题二：题二：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面

6、运动，不会落下来？会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 法一法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 . 7/62411104 . 61089. 51067. 6（若已知地球表面（若已知地球表面 g=9.8m/s2 ）法二法二：在地面附近：在地面附近，万有引力提，万有引力提供供 物体作圆周运动的向心力物体作圆周运动的向心力= gGMRvR69.8 6.4 10/7.9/vm skm s 1 1、第一宇宙速度（环绕速度）

7、、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s n说明：说明：（）如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，（）如果卫星的发射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；（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面）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；附近作匀速圆周运动； v2=11.2 km/sv3=16.7 km/s总结：总结：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

8、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P22M mvGmrrG Mvr虽然虽然“r大，大，V小小”，但这里，但这里V指指绕行速度绕行速度，而非，而非发射速度发射速度。因为向轨道发射卫星，火箭因为向轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它做的功。要克服地球引力对它做的功。轨道越高，要克服引力轨道越高，要克服引力做功也多，发射速度越大。做功也多，发射速度越大。小大VrrGMV 讨论讨论:向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？ 最小发射速度最小发射速度v1=7.9km/s （第一宇宙速度）（第一宇宙速度）最大运行速度最大

9、运行速度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号将人类送上了月球。号将人类送上了月球。、梦想成真、梦想成真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 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费俊龙、聂俊龙、聂海胜海胜20082008年年9 9月

10、月2525日日神舟七号神舟七号翟翟志刚、刘志刚、刘伯明伯明景景海鹏海鹏20132013年年6 6月月1010日神舟十日神舟十号聂海胜、张晓光、号聂海胜、张晓光、女航天员王亚平女航天员王亚平2003年哥伦比亚号航天飞机失事，7名宇航员全部遇难 例例22如图所示，如图所示，a a、b b、c c是地球大气层外圆形轨道上是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，运行的三颗人造地球卫星，a a、b b质量相同，且小于质量相同，且小于c c的质量，则（的质量，则（ ） A.b所需向心力最大所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于周期相等，且大于a周期周期 C.b、c向心加速度相等，且大于向心加速

11、度相等，且大于a的向心加速度的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于的线速度大小相等，且小于a的线速度的线速度BDacb地球月球月球月月球球轨轨道道地球地球地月转移轨道地月转移轨道点火加速点火加速减速制动减速制动月球探测卫星发射 例例33 我国发射的探月卫星我国发射的探月卫星“嫦娥一号嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/801/80，月球的半，月球的半径约为地球半径的径约为地球半径的1/41/4，地球第一宇宙速度约为，地球第一宇宙速度约为7.9km/s7.9km/s，求，求“嫦嫦娥一号娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？探月卫星绕月球运行的速率？ 1 1、研究天体运动的基本方法：研究天体运动的基本方法： 把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，万有引力提供天体或人造卫星的向心力动，万有引力提供天体或人造卫星的向心力. .2、宇宙速度宇宙速度： 第