宇宙航行课件-高一下学期物理人教版

1、7.4 宇宙航行第7章 万有引力与宇宙航行古老的飞天梦想：嫦娥奔月敦煌飞天壁画万户飞天Newtons cannon平抛运动一、宇宙速度人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 在1687年出版的自然哲学的数学原理中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。 有没有可能当抛出速度足够大时，物体就不会落回地面了？ 这个时候，小球就成了一颗人造地球卫星了。小球会从后面绕回来打到人的身上。 这个使小球不会落回地面的速度究竟是多大呢？平抛运动一、宇宙速度人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 物体在地球附近绕地球运动时

2、，物体只受到指向地心的引力作用，物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动。若知道地球的质量M和物体做圆周运动的轨道半径r，就可求出物体绕行速度的大小。平抛运动一、宇宙速度人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度(first cosmic velocity).1. 第一宇宙速度如果把拱桥半径增大，增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？人和座位之间有没有压力? 在地面上发射火箭，发射速度需要有怎样的要求呢？第一宇宙速度是最小发射速度。一、宇宙速度1. 第一宇宙速度发射速度要大于第一宇宙速度；火箭发射成

3、功需要满足：一、宇宙速度Av1发射速度 v = 7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心做匀速圆周运动；2发射速度 v 7.9km/s，且v 11.2km/s，飞行器将沿轨道4（蓝色虚线）运动，只是这个轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动；第二宇宙速度213第二宇宙速度也称为逃逸速度。一、宇宙速度 在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况： 3. 第三宇宙速度当速度v16.7km/s时，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。5第三宇宙速度二、环绕速度（运行速度）1. 第一宇宙速度第一宇宙速度是最大的环绕速度；轨道越高，环绕速度越小。第一宇宙速

4、度是最小的发射速度；第一宇宙速度又叫近地绕行速度“嫦娥五号”的发射速度应该大于第一宇宙速度。“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度。旅行者一号（飞出太阳系）“旅行者一号”的发射速度应该大于第三宇宙速度（借助木星的“引力弹弓”效应等）。三、人造地球卫星北斗导航卫星1957年苏联发射第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号（Sputnik 1）普特尼克1卫星的直径为 22 英寸，重 184 磅，每小时 36 分钟绕地球一圈。卫星在轨工作了22天，于1958年1月4日再入大气层烧毁三、人造地球卫星北斗导航卫星东方红一号的体型十分庞大，其总重量为173公斤，由于当时的技术有限，“东方红一号”的设计寿命只有

5、20天，到目前为止这颗人造地球卫星已经快运行52年了三、人造地球卫星三、人造地球卫星人造卫星的分类（按用途分）科学卫星技术实验卫星应用卫星通信卫星气象卫星侦察卫星导航卫星测地卫星地球资源卫星截击卫星人造卫星的轨道 地球的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心必须重合。 赤道轨道：卫星轨道与赤道在同一平面上； 赤道轨道 极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直； 倾斜轨道：卫星轨道和赤道成一定角度。 极地轨道 倾斜轨道三、人造地球卫星三、人造地球卫星北斗导航卫星墨子号量子卫星北斗导航卫星我国发射的人造地球卫星人造卫星的两个速度： 发射速度： 将人造卫星送入预定轨道需要具有的速

6、度。第一宇宙速度是最小的发射速度。 环绕速度： 卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。第一宇宙速度是最大的环绕速度。三、人造地球卫星分析可知，卫星轨道半径越大，运行速度越慢，周期越长。 人造卫星的运行参量：高轨低速长周期三、人造地球卫星1.“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期。 在地球同步轨道上自西向东运行的人造卫星。轨道周期与地球的自转周期相同，为1个恒星日，即23小时56分4秒；距离地面大约35786km，距离地心大约42164km。地球同步卫星常用于通信、气象、导航以及军事情报搜集等。三、人造卫星（同步卫星）三、人造卫星（同步卫星）定周期：定轨道：定高

7、度：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，由西向东。由 可得：r所有同步卫星的周期均为T24h. 康斯坦丁齐奥尔科夫斯基（1857-1935苏联）“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”四、载人航天与太空探索多级火箭理论四、载人航天与太空探索四、载人航天与太空探索 人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越大，越来越坚实。“Thats one small step for man, one giant leap for mankind.”- Neil A

8、rmstrong (20 July,1969)三、载人航天与太空探索 2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2021年底，我国已经将12名航天员送入太空，包括两名女航天员。11名天宫一号天宫二号天舟一号四、练习与应用教材第64页1. 有人根据公式v r 说：人造地球卫星的轨道半径增大2倍，卫星的速度也增大2倍。 但由公式 可知，轨道半径增大时，人造地球卫星的速度是减小的。应当怎样正确理解这个问题？解：只有当角速度不变时，才满足半径

9、增大2倍，线速度就增大2倍；实际上，随着半径的增大，由开普勒第三定律 可知，周期在变大，故角速度在减小，而不能保持不变，即角速度为：四、练习与应用教材第64页2. “2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，若不计发射与降落时间，飞船看作绕地球做匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度。已知地球质量m地 6.010 kg，地球半径R6.410 km。243解：其中四、练习与应用教材第64页3. 已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，地球自转的周期为T，求地球同步卫星的向心加速度大小。解：其中地球表面上的物体