宇宙航行(瑞松)PPT

1、中国人的飞天梦中国人的飞天梦嫦娥奔月嫦娥奔月中国人梦圆飞天中国人梦圆飞天汤阴一中南校汤阴一中南校 秦瑞松秦瑞松6.5 宇宙航行宇宙航行一、牛顿关于卫星的设想问问题题情情境境抛出的物体受地球抛出的物体受地球引力总会落回地面引力总会落回地面若抛出物体水平速度很大，则飞行距离很长，此时若抛出物体水平速度很大，则飞行距离很长，此时我们还能将地面看作平面吗？我们还能将地面看作平面吗？当物体的水平初速度足够大当物体的水平初速度足够大, ,物体将会怎样物体将会怎样? ?试大胆猜想。试大胆猜想。 问题问题1:1:一、牛顿的设想一、牛顿的设想 1、牛顿对人造卫星原理的描绘、牛顿对人造卫星原理的描绘一、牛顿关于卫

2、星的设想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。问题问题2 2：以多大的速度将物体抛出，它才会成为以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地绕地球表面运动球表面运动的的近地卫星近地卫星? （离地高度忽略不计离地高度忽略不计） 推导方法一：推导方法一：万有引力提供向心力万有引力提供向心力地球质量地球质量M=5.98*1024kg，地球，地球R=6400km，G=6.67x10-11Nm2/kg2 ，地表地表 g=9.8m/s2推导方法二：推导方法二：重力提供向心力（重力提供向心

3、力（重力近似等于万有引力）重力近似等于万有引力）这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度度，叫做第一宇宙速度 。 二、宇宙速度RvmRMmG22RGMv skmv/9 . 7Rvmmg2gRv skmv/9 . 7它是近地卫星环绕速度，也是近地卫星发射速度。它是近地卫星环绕速度，也是近地卫星发射速度。问问题题情情境境v运行速度运行速度发射v发发射射速速度度概念辨析：发射速度和环绕速度概念辨析：发射速度和环绕速度环绕速度环绕速度：是指卫星进入是指卫星进入轨道轨道后绕地球做后绕地球做匀速圆周运动匀速圆周运动的速度的速度。发射速度发

4、射速度：是指被发射物体在地面附近是指被发射物体在地面附近离开发射装置离开发射装置 时的时的速度速度。（一旦发射后不再得到能量补充。）。（一旦发射后不再得到能量补充。）二、宇宙速度问题问题3:3: 若卫星的发射速度大于若卫星的发射速度大于7.9km/s , ,会怎样呢？会怎样呢？V = 16.7 km/sV = 11.2 km/s二、宇宙速度V = 7.9km/s第一宇宙速度第一宇宙速度7.9km/s：近地卫星的近地卫星的发射速度发射速度近地卫星的近地卫星的环绕速度环绕速度第二宇宙速度第二宇宙速度11.2km/s：物体脱离地球的物体脱离地球的最小发射速度最小发射速度 第三宇宙速度第三宇宙速度16

5、.7 km/s：物体脱离太阳系的物体脱离太阳系的最小发射速度最小发射速度发射速度越发射速度越大椭圆越扁大椭圆越扁7.9 km/s V 11.2 km/s常称常称“环绕速度环绕速度”常称常称“脱离速度脱离速度”常称常称“逃逸速度逃逸速度”问题情境问题情境卫星卫星轨道越高轨道越高所需所需发射速度越大发射速度越大，第一宇宙速度是人造卫星的第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度最小发射速度，卫星卫星轨道越高轨道越高则其则其环绕速度越小环绕速度越小。第一宇宙速度是人造卫星的第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度最大环绕速度。 问题问题4：比较发射低轨道卫星与高轨道卫星哪一个更困难？比较发射低轨道卫星与高轨道

6、卫星哪一个更困难？所需的发射速度哪一个更大？所需的发射速度哪一个更大？比较卫星在高轨道与低轨道上绕地球做匀速圆周运比较卫星在高轨道与低轨道上绕地球做匀速圆周运动时的环绕速度哪个大？动时的环绕速度哪个大？二、宇宙速度问问题题情情境境 三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律1234三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律探一探：探一探： 地球质量M，万有引力常量G均为定值，设卫星轨道半径为r，试分析卫星运行速度v、角速度、周期T、向心加速度a与轨道半径r的关系? （分组讨论、探究）问问题题情情境境22323222()2nnvGMmvrrGMmrMmrGrrmrTTGMGMmaar

7、r越大（高），越大（高），v越小越小r越大，越大， 越小越小r越大，越大，T越大越大r越大，越大，an越小越小思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是最小速度？r最小，v是最大环绕速度。三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律地GMRT32 84.5min应用一应用一 据某报报道，某国发射了一颗周期为据某报报道，某国发射了一颗周期为80分钟的人造地球卫星，用我们学过的知识判断这则分钟的人造地球卫星，用我们学过的知识判断这则新闻的真伪。新闻的真伪。 三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律求近地卫星的周期：地球质量求近地卫星的周期：地球质量M=5.98*1024kg

8、， 地球地球R=6400km，G=6.67x10-11Nm2/kg2 （离（离地高度忽略不计）地高度忽略不计）RTmRMmG)4(222 四、地球同步卫星四、地球同步卫星1、地球同步卫星、地球同步卫星: 相对于地面静止，其公相对于地面静止，其公转周期和地球自转周期相同的卫星。转周期和地球自转周期相同的卫星。( 同步同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。定。)探究问题二：同步卫星的高度与速度？探究问题二：同步卫星的高度与速度？ 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，地球的质量的

9、质量5.895.8910102424kgkg，引力常量，引力常量=6.67=6.671010-11-11NmNm2 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 vT=1天=86400秒h=36000KmV=3.07Km/s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。 四、地球同步卫星四、地球同步卫星222() ()()MmGmRhRhT222733223.6 10 ( )44GM

10、TR gThRRm2 地球同步卫星的特点：地球同步卫星的特点： 定周期：T=24h=86400s定点：相对于地面静止。定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空定高度：h=36000Km定速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此线速度、角速度大小均不变定方向：同步卫星公转方向与地球自传方向一致五、梦想成真梦想成真人类航天事业发展历程人类航天事业发展历程中国航天事业发展历程中国航天事业发展历程人类航天事业发展历程人类航天事业发展历程人类进入太空人类进入太空50年年 各国竞相开展航天计划各国竞相开展航天计划1957年年10月月4日日 苏联发射人类第一颗人造地球卫星苏联发射人类第一颗人造地球卫星

11、五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程 1961年，苏联宇航员尤里尤里加加林加加林，完成人类历史上第人类历史上第一次宇宙飞行一次宇宙飞行，人类飞天梦想终于变成现实。五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程1963年，瓦莲蒂娜年，瓦莲蒂娜捷列什科娃，捷列什科娃， 人类第一位进入太空的女性。人类第一位进入太空的女性。 五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程 1969年7月20日，美国宇航员尼尔尼尔阿姆阿姆斯特朗、迈克尔斯特朗、迈克尔柯林斯、巴兹柯林斯、巴兹奥尔德奥尔德林林(上图从左至右)，成功登月成功登月。 左图为月球上的奥尔德林，头盔中人影为阿姆斯特朗。五、梦想成真五

12、、梦想成真人类航天历程人类航天历程 19841984年，美国宇航员布鲁斯年，美国宇航员布鲁斯麦坎德麦坎德利斯离开航天飞机利斯离开航天飞机320320英尺，完成英尺，完成人类首次人类首次无安全索太空行走。无安全索太空行走。五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程 20012001年，年，第一位太空游客美国人美国人蒂托( (中中) )，进，进入国际空间站，开始太空观光。入国际空间站，开始太空观光。五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程1970年年4月月24日，日，“东方红一号东方红一号”卫星在酒泉卫星中心发射成功卫星在酒泉卫星中心发射成功五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航

13、天历程杨利伟在太空展示中国和联合国国旗杨利伟在太空展示中国和联合国国旗我国首位航天员我国首位航天员杨利伟杨利伟20032003年年 “ “神舟神舟”五号五号 中国人中国人“飞天飞天”梦圆梦圆五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程费费俊俊龙龙在在做做身身体体检检查查美味佳肴飘进来美味佳肴飘进来成功返航成功返航奉奉命命出出征征20052005年年 “ “神舟神舟”六号六号 首次首次“多人多天多人多天”空间飞行空间飞行五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程20082008年年 “ “神舟神舟”七号七号 首次太空行走首次太空行走翟翟志志刚刚刘刘伯伯明明景景海海鹏鹏五、梦想成真五、梦

14、想成真人类航天历程人类航天历程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五、梦想成真五、梦想成真人类航天历程人类航天历程 人类已经跨入太空，登上月球。人类一直在不懈人类已经跨入太空，登上月球。人类一直在不懈的探索宇宙的广度和深度。宇宙留给人们的思考和的探索宇宙的广度和深度。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？终结？地外文明在哪里？这些都是留给大家将这些都是留给大家将来去解决的问题。来去解决的问题。课堂练习课堂练习课堂小结课堂小结6.5 宇宙航行宇宙航行一、牛顿的设想：一、牛顿的设想：(科学的思维方法，卫星的发射原理科学的思维方法，卫星的发射原理)二、宇宙速度：二、宇宙速度：第一宇宙速度：第一宇宙速度：7.9km/s（两种推导方法）（两种推导方法）近地卫星运行速度及发射速度。近地卫星运行速度及发射速度。人造卫星最大环绕速度，最小发射速度。人造卫星最大环绕速度，最小发射速度。第二宇宙速度：第二宇宙速度：11.2km/s第三宇宙速度：第三宇宙速度：16.7km/s三、卫星的运行规律：三、卫星的运行规律：(万有引力提供向心力是指导思想万有引力提供向心力是指导思想)