第五节宇宙航行

显示轨迹线隐藏轨迹线双星的运动第5节宇宙航行新泰一中北区高一物理备课组中国人的飞天梦外国人的“飞天”梦飞天之梦的历史问题:一、牛顿关于卫星的设想

地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。1、月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?问题情境

由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.一、牛顿关于卫星的设想

物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。

由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大,故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.ABCOV0D问题:问题情境

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。一、牛顿关于卫星的设想？

思考？

1.以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?

g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：推导方法：地表附近，重力近似等于万有引力

人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度。第一宇宙速度意义在哪里呢？二、宇宙速度

2.有没有贴着地球表面飞行的卫星，为什么

发射速度：不同于电视上看到的卫星发射，这里指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，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；运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别思考与讨论1、将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？

向高轨道发射卫星时,

需要的初速度越大，火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难.结论：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度？2、在所有的环绕地球运动的卫星中，速度最大的是哪一个？由知：离地球最近的卫星，即近地卫星速度最大，最大速度即第一宇宙速度结论：第一宇宙速度是最大环绕速度，同时也是最小发射速度。1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若7.9km/s<v<11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆.(最大环绕速度,最小发射速度)

2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果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。我们把这个速度叫第三宇宙速度。二、宇宙速度思路：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：三、人造地球卫星运行的规律

结论：

卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。

三、人造地球卫星运行的规律地球动画演示高轨低速长周期四、课堂练习[例题]:

我国发射的第一颗探月卫星“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，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？提示：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢？思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？不能！！

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

相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。对于同步卫星的发射及轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？地球同步卫星：同步卫星同步卫星有以下几个特点：同步卫星的高度：（1）周期一定T=24h（2）在赤道平面内（3）高度一定（Ｒ＋ｈ）

解得高度：ｈ＝

km

-G请大家注意观测，卫星在各位置的速度变化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近地卫星、同步卫星、月球三者比较1957年10月4日，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。五、梦想成真1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空我国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功五、梦想成真2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏1、三个宇宙速度：

v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法：把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万