宇宙航行(上课用)1

神舟七号发射、在轨、返回动画模拟.WMV5宇宙航行第5节宇宙航行窄视场相机拍摄的图片伴星位于飞船前上方21度153米处神七飞船载人航天任务全程精彩回放重庆市忠县中学校高一物理教研组嫦娥奔月敦煌飞天的壁画

嫦娥奔月、夸父追日、女娲补天……远在文字出现之前，中国人就用口耳相传的传说，诉说着对于太空的向往。

外国人的

“飞天”梦14世纪万户飞天世界上第一个想利用火箭飞行的人中国人的飞天梦嫦娥奔月外国人的飞天梦那么怎样才能实现这一伟大梦想呢？第5节宇宙航行1、牛顿的设想英国科学家牛顿(1643-1727)在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想抛出速度很大时，物体就不会落回地面。平抛运动演示第5节宇宙航行让物体做平抛运动初速度逐渐增大一科学的想象通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变化？2、在速度足够大的情况下，地面还是水平的吗？3、速度达到一定值后，物体能否落回地面？

第5节宇宙航行越来越远不能不是A对平抛运动的思考：第5节宇宙航行C我们的设想：

如果平抛物体的速度再增大物体会做什么运动呢？第5节宇宙航行思考：以多大的速度将物体抛出，它才会绕地球表面运动，不会落下来呢？PV=7.9Km/s11.2>V>7.9V>11.2Km/S探究:

若卫星的发射速度大于7.9km/s

，会怎样呢？请大家阅读教材相关内容同时思考问题：1.第一宇宙速度是多少？它的意义是什么？第5节宇宙航行二、宇宙速度第一宇宙速度：v＝7.9km／s

是卫星发射的最小速度。2.这个值是怎样来的呢？

如果以的速度7.9km/s将物体抛出，它将在地面附近绕地球做v=7.9km/s匀速圆周运动。自主探究v＝7.9km／s它是怎样来的？第5节宇宙航行2.v＝7.9km／s这个值是怎样来的呢？第一宇宙速度的推导思考：①求第一宇宙速度的条件是什么？②求第一宇宙速度的公式是什么？明白了以上两个问题我们就来分组探究第一宇宙速度怎样得来的！第5节宇宙航行分组探究：

例３．若取地球的第一宇宙速度为８km/s

，某行星的质量是地球质量的６倍，半径是地球的1.5倍，则这颗行星的第一宇宙速度为多少？练习:探究二若已知：地球表面重力加速度地球的半径R=6400km

探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）及周期探究一

若已知：地球的质量为半径R=6400km，引力常量G=

探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）及周期第5节宇宙航行分组探究活动探究一

若已知：地球的质量为半径R=6400km，引力常量G=

探究：物体在地球表面附近运行的线速度（第一宇宙速度）及周期=84.6min解：第5节宇宙航行探究二

若已知：地球表面的重力加速度g=地球的半径R=6400km

探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）及周期解：=84.6min第5节宇宙航行二、宇宙速度说明：（１）如果卫星的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；

（２）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；1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s．这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．（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．注意：卫星的实际运行速度一定小于发射速度．人造卫星的发射速度和运行速度（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）运行速度：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．发射速度与运行速度是两个不同的概念．请根据教材相关内容思考问题：4.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是物体克服地球引力，永远离开地球的最小发射速度第5节宇宙航行3.速度在v=7.9km/s的基础上继续增大，物体做什么样的运动呢？椭圆运动请大家根据教材相关内容思考问题：5.第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？第三宇宙速度:v＝16.7km／s，是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。第5节宇宙航行

当物体的速度大于或等于16.7km/s，它会挣脱太阳的束缚，飞到太阳系外。6.对于其他的星球以上三个宇宙速度是否变化呢？变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是7.3km/s第5节宇宙航行思考并猜想：⑴v和T随h的变化是怎样变化的？⑵v和T与卫星的质量有关吗？探究三已知：地球质量M，半径R，卫星距地面高度h，引力常量G探究卫星v和T第5节宇宙航行地球动画演示R+h越大，T_____V_____越大越小第5节宇宙航行归纳总结：发射速度v运动情况v﹤7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s﹤v﹤11.2km/s11.2km/sv﹤16.7km/s16.7km/sv第二宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体飞出太阳系第5节宇宙航行2、人造地球卫星所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上一般轨道极地轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道

处理卫星问题的基本思路：

①天体运动简化为匀速园周运动（近似）②万有引力提供向心力。？能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？同行星问题的处理方法相同思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越（2）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，周期越（4）离地面越高，角速度越（5）离地面越高，向心加速度越小大小小小注意1.轨道中心

地心2.________提供向心力万有引力3.R越大，T____，V___，ω_____，an_______越大越小越小越小例1.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是（）卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的ABCDD[例2]如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（）A.b所需向心力最大B.b、c周期相等，且大于a周期C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度课堂练习BDacb地球五、地球同步卫星（通信卫星）1.所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h。2.所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上

，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。F1F2F3赤道平面北南东西地球同步卫星3.地球同步卫星的特点：“五个一定”（1）周期一定：T=24h（2）高度一定:在赤道上空（3）速率、角速度一定（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。h练习.求同步卫星离地面高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h处？例2.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的ACD人类在浩瀚的宇宙发射了多种多样的人造卫星。地球同步卫星是人为发射的一种特殊卫星，它相对于地球静止于赤道上空．从地面上看，卫星保持不动，故也称静止卫星；从地球之外看，卫星与地球共同转动，角速度与地球自转角速度相同，故称地球同步卫星，经常用做通讯卫星，3颗同步卫星可实现全球覆盖地球同步卫星同步卫星的特点①定轨道平面：赤道平面②定点：经度数值不变③定高度：离地面大约36000km④定周期：24h⑤定线速度：3km/s同步卫星的个数大约3度角左右才能放置一颗卫星，故地球的同步卫星只能有120颗，可见，空间位置也是一种资源。已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.89×1024kg，引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2

，若要发射一颗地球同步卫星，试求：（1）地球同步卫星的离地面高度h

（2）地球同步卫星的环绕速度vRhF基本思路：①天体运动看为匀速园周运动②万有引力提供向心力。思考：1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度会相撞吗？2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体如何运动？3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航员处于什么状态？4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？同一轨道上的卫星，后面的如何追上前面的？某一正在做匀速圆周运动的卫星如何可以进入外层轨道？

总结：凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:重力=万有引力=向心力·思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。………..

卫星变轨问题vF引12v2F引L使卫星进入更高轨道做圆周运动v2v3vv’非远地点变轨向高轨卫星的发射卫星的回收月球月球轨道地球地月转移轨道点火加速减速制动月球探测卫星发射课堂练习[例1]

我国发射的探月卫星“嫦娥一号”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1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？

1。如图是“嫦娥一号奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是A.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度B.在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关C.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比D.在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力

(08年高考广东卷物理)C2、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度QP2·31BD航天器中的超失重现象.WMV人类航天始祖----万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在14世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美国人罗伯特·吉姆在1945年出版的《火箭与喷射》一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。四、梦想成真1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。三、梦想成真第5节宇宙航行中国航天东方红一号卫星★里程碑之一【青铜时代】

1970年4月24日21时31分，在甘肃酒泉中国发射了第一颗人造卫星，由此开创了中国航天史的新纪元，使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。中国航天★里程碑之二【白银时代】：1987年8月，中国返回式卫星为法国搭载试验装置。这是中国打入世界航天市场的首次尝试。1990年4月7日，中国自行研制的“长征”三号运载火箭在西昌卫星发射中心，把美国制造的亚洲1号通信卫星送入预定的轨道，首次为国外用户发射卫星取得圆满成功。1992年10月6日，发射瑞典科学卫星，以“一箭双星”的形式将瑞典“弗利亚”卫星送入预定轨道，圆满履行了中国发射外星的第一个合同。“长征二号”捆绑式运载火箭中国航天

2003年10月15日9时，神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈，10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家1992年载人航天工程正式启动★里程碑之三【黄金时代】：中国航天★里程碑之三【黄金时代】：

2005年10月12日9时,神州六号在酒泉卫星发射中心成功发射，费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空，飞行5天，在2005年10月17日凌晨4时33分成功返回。费俊龙/聂海胜中国航天★里程碑之三【黄金时代】：

神舟七号载人航天飞船于2008年9月25日21点10分04秒从中国酒泉卫星发射中心用长征二号F火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。共计飞行2天20小时27分钟。

翟志刚出舱作业，刘伯明在轨道舱内协助（刘伯明的头部手部部分出舱），实现了中国宇航员第一次的太空漫步，令中国成为第三个有能力把航天员送上太空并进行太空行走的国家。中国航天★里程碑之四【探月时代】：

2007年10月24日18时05分，我国首颗探月卫星嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射。11月7日进入200公里的环月工作轨道。2008年10月，在完成预定在轨一年的各项探测任务，2009年3月1日16时13分，成功撞月。嫦娥一号是中国自主研制并发射的首个月球探测器。主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。嫦娥一号发射成功，使中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。

中国公布嫦娥一号拍摄月球背面“万户坑”影像

中国的太空探测计划将以前所未有的速度，按部就班地往前推进：2007年“嫦娥奔月”，2008年“神七”飞船升空，2009年中俄开展火星联合探测，2012年实施“夸父计划”……本课小结:⒈宇宙速度

第一宇宙速度：v＝7.9km／s是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。

第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度

第三宇宙速度:v＝16.7km／s，是挣脱太阳束缚的最小发射速度。⒉航天发展史第5节宇宙航行例1：关于宇宙速度，下列说法正确的是：（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度A例2：关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的ACD3.有关人造地球卫星的说法中正确的是： （）A．第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小速度B．第一宇宙速度是近地圆轨道上人造卫星运行速度C．第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D、它是卫星的椭圆轨道上运行时近地点的速度BC练习:4、

设地球半径为R，第一宇宙速度为v，若在地球上以2v的速度发射一卫星，则此卫星将

A．在离地球表面2R的轨道上运行

B．在离地球表面R的轨道上运行

C．将脱离地球绕太阳运行

D．将脱离太阳成为一颗恒星C练习:

5.关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是A．第一宇宙速度又叫环绕速度B．第一宇宙速度又叫脱离速度C．第一宇宙速度跟地球的质量无关D．第一宇宙速度跟地球的半径无关（09年广东理科基础）A练习:6、我国发射“嫦娥1号”探月卫星，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量为地球的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速度约为多大？1.8km/s练习:7.做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍然做圆周运动，则（）A.卫星的环绕线速度将增大到原来的2倍B.卫星所需的向心力将减小到原来的1/2C.地球提供的向心力将减小到原来的1/4D.卫星的环绕线速度将减小到原来的课堂练习8.两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为T1∶T2=1∶8，则轨道把轨道半径之比和运行速度之比分别为(

)

A.RA∶RB=4∶1VA∶VB=1∶2B.RA∶RB=4∶1VA∶VB=2∶1C.RA∶RB=1∶4VA∶VB=1∶2D.RA∶RB=1∶4VA∶VB=2D9.同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（）A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值D.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离是一定的D10.我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。“一号”是极地圆形轨道卫星。