5宇宙航行河北刘老师省级优课

1、飞天之梦飞天之梦飞天之梦飞天之梦6.5 宇宙航行一、牛顿关于卫星的设想一、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，飞行的水平速度越大，飞行的水平距离越远。水平距离越远。问题：问题：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, ,物体将会怎样物体将会怎样? ?试试大胆猜想。大胆猜想。 ABCOV0D 思考思考: : 以多大的速度将物体抛出，它才会以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球成为绕地球表面表面运动的卫星运动的卫星? ? 解：解：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RGMvRvmRGMm,22skmv/9 .

2、7二二、宇宙速度、宇宙速度RGMvRvmRGMm,22得得 要使物体恰能在地面附近绕地球做匀速圆要使物体恰能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，至少以周运动，至少以7.9km/s7.9km/s的速度的速度发射发射，这一速度，这一速度称为第一宇宙速度。称为第一宇宙速度。1 1、第一宇宙速度是、第一宇宙速度是最小的发射速度最小的发射速度（发射速度不能低于它，否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面）（发射速度不能低于它，否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面）第一宇宙速度第一宇宙速度2 2、第一宇宙速度是、第一宇宙速度是最大的运行速度最大的运行速度理解理解问题问题: : 若卫星的发射速度大于若卫

3、星的发射速度大于7.97.9km/skm/s，会怎样呢？，会怎样呢？脱离速度脱离速度 当物体的速度等于或大当物体的速度等于或大16.7km/s16.7km/s时，物体可以挣时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外太阳系以外的宇宙空间。我的宇宙空间。我们把们把16.7km/s16.7km/s叫做叫做第三宇宙速度。第三宇宙速度。逃逸速度逃逸速度2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s时，它时，它就会克服地球的引力，永远就会克服地球的引力，永远离开地球。离开地球。我们把我们把11.2km/s11.2km/

4、s叫做叫做第二宇宙速度。第二宇宙速度。3、第三宇宙速度、第三宇宙速度v抛出速度抛出速度v v满足满足v=7.9km/sv=7.9km/s时，物体将在时，物体将在地表地表围绕地球做围绕地球做匀速圆周匀速圆周运动。运动。v抛出速度抛出速度v v满足满足7.9km/sv11.2km/s7.9km/sv11.2km/s时，时，物体将围绕地球做物体将围绕地球做椭圆椭圆轨道的运动。轨道的运动。v抛出速度抛出速度v v满足满足11.2km/s11.2km/sv16.7km/sv16.7km/s时时，物体将，物体将脱离地球脱离地球的引力，永远离开地球的引力，永远离开地球进而进入太阳引力范围，进而进入太阳引力范

5、围，围绕太阳围绕太阳运动。运动。v抛出速度抛出速度v v满足满足16.7km/s16.7km/sv v时，物体将时，物体将脱离太阳脱离太阳引力，永远离开太阳系。引力，永远离开太阳系。 三大宇宙速度都是发射速度。三大宇宙速度都是发射速度。卫星发射过程卫星发射过程思考与讨论思考与讨论: : 如图所示，如图所示，A A、B B、C C、D D四条轨道中四条轨道中不不能能作为卫星轨道的是哪一条？作为卫星轨道的是哪一条？ 提示：卫星作圆周提示：卫星作圆周运动的向心力必须指运动的向心力必须指向地心向地心人造地球卫星的运行轨道人造地球卫星的运行轨道 三、地球同步卫星三、地球同步卫星1. 周期周期 T = _

6、24小时小时2. 轨道平面轨道平面_赤道平面赤道平面4.4.所有的同步卫星所有的同步卫星 R R、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“大小全部固定大小全部固定”（如何求？）（如何求？） 相对于地面静相对于地面静止且与地球自转具止且与地球自转具有相同周期的卫星有相同周期的卫星叫做叫做地球同步卫星地球同步卫星 为了卫星之间不互相干扰，大约为了卫星之间不互相干扰，大约3左右才能放置左右才能放置1颗，颗，这样地球的同步卫星只能有这样地球的同步卫星只能有120颗。颗。航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱 俄国和苏联科学家，现俄国和苏联科学家，现代航天学和火箭理论的奠代航天学和

7、火箭理论的奠基人基人. 1903年发表了年发表了利利用喷气工具研究宇宙空间用喷气工具研究宇宙空间一文和以他的名字命名的一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础发动机的理论基础,还证明还证明了脱离地球引力必须使用了脱离地球引力必须使用多级火箭。多级火箭。 “火箭之父火箭之父”齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基 航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱 美国教授、工程师和发明美国教授、工程师和发明家，液体火箭的发明者。他于家，液体火箭的发明者。他于19261926年年3 3月月1616日发射了世界第日发射了世界第一枚液体火箭。戈达德共获得一枚液体火箭。戈达德共获得了

8、了214214项专利，其中项专利，其中8383项专利项专利在他生前获得。设立于在他生前获得。设立于19591959年的美国国家航空航天局戈达、年的美国国家航空航天局戈达、德太空飞行中心就是以他的名德太空飞行中心就是以他的名字命名。月球上的戈达德环形字命名。月球上的戈达德环形山（山（Goddard CraterGoddard Crater）也以）也以他的名字命名。他的名字命名。 罗伯特罗伯特戈达德戈达德 航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱 德国工程师，在火箭技德国工程师，在火箭技术术和太空探测等方面都有光辉和太空探测等方面都有光辉成就。他先后为著名的成就。他先后为著名的V-1V-1、V-2V-

9、2火箭的诞生，美国第一颗火箭的诞生，美国第一颗卫星的发射成功，以及第一卫星的发射成功，以及第一艘载人登月飞船艘载人登月飞船“阿波罗阿波罗1111号号”登上月球作出突出贡献，而登上月球作出突出贡献，而美国航天飞机的研制也是自美国航天飞机的研制也是自他手中发端。因此，被誉为他手中发端。因此，被誉为“现代航天之父现代航天之父”。 韦纳韦纳冯冯布劳恩布劳恩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1

10、111号将人类送上了月球。号将人类送上了月球。航天飞机资料：可重航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间球与轨道航天器之间运送人员和物资，并运送人员和物资，并滑翔降落于地面。滑翔降落于地面。 19841984年年4 4月月1212日，第日，第一架航天飞机哥伦比一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。亚号发射成功。20032003年年2 2月月1 1日，哥日，哥伦比亚号航天飞机伦比亚号航天飞机在重返地面的过程在重返地面的过程中突然发生解体燃中突然发生解体燃烧，航天飞机上的烧，航天飞机上的七名宇航员，包

11、括七名宇航员，包括六名美国人及一名六名美国人及一名以色列人全部遇难。以色列人全部遇难。 无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。往宇宙的道路。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 飞船绕地球飞行飞船绕地球飞行1414圈后，于圈后，于1010月月1616日日6 6时时2323分安全降分安全降落在内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的落在内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人飞天梦想，标志着中国成为

12、世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础础 1992 1992年，中国载人航天年，中国载人航天工程正式启动工程正式启动 20032003年年1010月月1515日日9 9时，我时，我国国“神舟神舟”五号宇宙飞船在酒泉五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空第一位航天员杨利伟送人太空20032003年年1010月月1515日日神舟五号杨利伟神舟五号杨利伟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2008

13、2008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 伴随着伴随着“神舟神舟五号的发射成功，中国已正式启动五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工嫦娥工程程”，开始了宇宙探索的新征程，开始了宇宙探索的新征程 一个人最完美和最强烈的情感来自面对一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之迷！不解之迷！ 让我们为祖国的强盛而骄傲！让我们为祖国的强盛而骄傲！1 1、三个宇宙速度、三个宇宙速度 v v1 1=7.9=7.9km/skm/s（会推导）；（会推导）；v v2 2=11.2=11.2 km/s km/s； v v3 3=16.7=16.7 km/s km/s2 2、地球同步卫星地球同步卫星 （1 1）都在赤道的正上方）都在赤道的正上方 （2 2）运行方向与地球自转方向相同）运行方向与地球自转方向相同 （3 3）h h、T T、w w、v v、a a都相同都相同 四四、课堂小结、课堂小结v1 1关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是( () )vA A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度度vB B它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度vC C它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发它是使卫星进入近地圆形轨道的最小