高一物理必修2-宇宙航行

高一物理必修2--宇宙航行第一页，共53页。嫦娥奔月

敦煌飞天的壁画第一页第二页，共53页。一、牛顿的设想----发射人造卫星

<自然哲学的数学原理>

2.最小的发射速度是多少?思考1.卫星绕地球运动的运动特点和受力特点?第二页第三页，共53页。1.卫星绕地球运动的运动和受力特点?卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力。

F引=Fn

二、卫星的动力学方程?(r-V-ω

-T的关系)地球VTωrRrM

m第三页第四页，共53页。线速度,角速度,周期与轨道半径的关系？(2)由ＧMm/r2＝ｍω２ｒ得:ω=(3)由F引＝mr(2π/T)2

得：Ｔ＝２π(1)由Ｇ得:ｖ＝∴卫星离地心越远，它运行的周期越大！∴卫星离地心越远，它运行的速度越小！第四页第五页，共53页。这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。二、近地卫星的运行速度是多少呢？第五页第六页，共53页。练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？第六页第七页，共53页。1、第一宇宙速度：v=7.9km/s

(地面附近、匀速圆周运动）

2、第二宇宙速度：发射物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱当离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力3、第三宇宙速度：如果发射物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。三、宇宙速度------几个特殊的发射速度（最小的发射速度）第七页第八页，共53页。【探究问题二】 (1)如图所示，a、b、c三轨道中可以作

为卫星轨道的是哪一条？ 提示：卫星作

圆周运动的向心力

必须指向地心 (2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星

可能和地球自转同步？abc第八页第九页，共53页。 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。练习： 已知地球的半径

是6400km，地球自转

的周期24h，地球质量

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v.第九页第十页，共53页。四、人造卫星的发射速度和运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念．第十页第十一页，共53页。四、人造卫星的发射速度和运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念． (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．第十一页第十二页，共53页。四、人造卫星的发射速度和运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念．

(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)环绕速度：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.第十二页第十三页，共53页。四、人造卫星的发射速度和运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念．注意:卫星的实际环绕速度一定小于发射速度. (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)环绕速度：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.第十三页第十四页，共53页。 (1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪

一个更容易？为什么？学生思考第十四页第十五页，共53页。 (1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪

一个更容易？为什么？ (2)所需要的发射速度，哪一个更大？

为什么？学生思考第十五页第十六页，共53页。 (3)发射速度和卫星绕地球旋转的速度是

不是同一速度？发射速度大说明什么？卫

星运转速度大又说明什么？ (1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪

一个更容易？为什么？ (2)所需要的发射速度，哪一个更大？

为什么？学生思考第十六页第十七页，共53页。第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?【探究问题三】第十七页第十八页，共53页。第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：同步卫星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s【探究问题三】第十八页第十九页，共53页。第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：同步卫星速度:v=3.1km/s＜v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的发射速度,也

是最大的环绕速度结论:【探究问题三】第十九页第二十页，共53页。 线速度、角速度、周期、向心加速度

与半径的关系：练习：第二十页第二十一页，共53页。 线速度、角速度、周期、向心加速度

与半径的关系：练习：第二十一页第二十二页，共53页。 线速度、角速度、周期、向心加速度

与半径的关系：练习：第二十二页第二十三页，共53页。 线速度、角速度、周期、向心加速度

与半径的关系：练习：第二十三页第二十四页，共53页。 线速度、角速度、周期、向心加速度

与半径的关系：练习：第二十四页第二十五页，共53页。h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球练习：近地卫星、同步卫星、月球三者比较第二十五页第二十六页，共53页。「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______第二十六页第二十七页，共53页。「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______小第二十七页第二十八页，共53页。「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______小小第二十八页第二十九页，共53页。「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______小大小第二十九页第三十页，共53页。小大小小「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______第三十页第三十一页，共53页。小大小小小「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______第三十一页第三十二页，共53页。

练习： 能否发射一颗周期为80min的人

造地球卫星？第三十二页第三十三页，共53页。一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向

心力由万有引力提供:第三十三页第三十四页，共53页。二、三种宇宙速度：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向

心力由万有引力提供:v1=7.9km/s．（会推导）

v2=11.2km/s v3=16.7km/s第三十四页第三十五页，共53页。人类航天始祖----万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15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”。五、梦想成真（适当介绍）第三十五页第三十六页，共53页。航天科学的三位先驱

齐奥尔科夫斯基

于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭。

第三十六页第三十七页，共53页。航天科学的三位先驱戈达德1926年他研制出世界上第一枚液体火箭第三十七页第三十八页，共53页。航天科学的三位先驱

冯·布劳恩

第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂。冯·布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V-2。V-2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。第三十八页第三十九页，共53页。人类遨游太空回顾

尤里·加加林

1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号航天器，绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于变成现实。第三十九页第四十页，共53页。1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升空，作围绕地球48圈的飞行，成为人类第一位进入太空的女性，并为此荣获苏联英雄称号。人类遨游太空回顾第四十页第四十一页，共53页。人类遨游太空回顾尼尔·阿姆斯特朗巴兹·奥尔德林1969年7月20日，美国宇航员巴兹·奥尔德林（如图）和尼尔·阿姆斯特朗（头盔中影像）乘“阿波罗”11号飞船首次登上月球。第四十一页第四十二页，共53页。人类遨游太空回顾布鲁斯·麦坎德利斯1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员布鲁斯·麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺，完成了人类首次无安全索太空行走第四十二页第四十三页，共53页。人类遨游太空回顾蒂托2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。第四十三页第四十四页，共53页。人类遨游太空回顾杨利伟2003年10月15日，中国自行研制的“神舟”五号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空后，准确进入预定轨道，中国首位航天员杨利伟被顺利送上太空。一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜！-----爱因斯坦第四十四页第四十五页，共53页。1.把卫星绕地球的运动看做匀速圆周运动,则离地球越远的卫星()A.周期越小B.线速度越小C.角速度越小D.加速度越小六、练习反馈第四十五页第四十六页，共53页。2、发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根据牛顿第二定律有整理得设第一宇宙