高一物理必修2__宇宙航行1_ppt.ppt

1、5.宇宙航行,第六章 万有引力与航天,一、牛顿的设想 -发射人造卫星 ,思考 1.卫星绕地球运动的运动特点和受力特点?,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- -T的关系),地球,V T,r,R,r,M m,线速度,角速度,周期与轨道半径的关系？,(1)由 得: ,这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。,二、近地卫星的运行速度是多少呢？,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

2、，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）,【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？,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

3、的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.891024kg, 引力常量 G=6.6710-11Nm2/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.,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,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,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

4、)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.,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

5、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.,(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,(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,(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,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?,【探究问题三】,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=3.1k

6、m/sv1=7.9km/s,【探究问题三】,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/sv1=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】,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,练习：,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,思考对于绕地球运动的人造卫星：

7、 （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_,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,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,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

8、）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,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_,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_,练习：,能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？,一、卫星绕地

9、球做匀速圆周运动所需的向 心力由万有引力提供:,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=11.2 km/s v3=16.7 km/s,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

10、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）,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。,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,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

11、二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。,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。,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,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。,人类遨游太空回顾,布鲁斯麦坎德利斯 198

12、4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,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。,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,1.把卫星绕地球的运动看做匀速圆周运动,则离地球

13、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,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,设第一宇宙速度为 ,卫星的轨道速度为,6.5 宇宙航行 (板书设计),四、宇宙速度：,一、牛顿的设想 -发射人造卫星,二、卫星的动力学方程 F引 = F向,三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较,五、梦想成真：,结束-休息,二 、同步通讯卫星,1. 同步卫星的周期：,地球自转的周期T=86400s,2. 同步卫星的必须在赤道上空,下节补充内容：,一 、发射速度与运行速度的区别,5. 同步卫星的个数 大约3度角左右才能放置一