宇宙航行(第1课时).ppt

1、人造卫星的运行v、T、a与r的关系,5、宇宙航行,需要给物体以多大的速度，它才会不落回到地面呢?,从 高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。,以平抛运动为模型的推理过程,地球,牛顿人造卫星原理图,R,设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量m，飞行器的速度为v，它到地心的距离为r。,建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动,基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。,人造卫星运动的速度,F,v,r,m,M,1、卫星离地心越远，它的运行速度就越小。,2、向高轨道发射卫星的难

2、度较大，火箭要克服地球对它的引力做更多的功，这就要求其发射速度较大。,要使一个物体在地面附近恰能围绕着地球做圆周运动，需要为它提供多大的速度?,R,环绕速度： 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。,发射速度： 指被发射物体刚刚被射入轨道的初速度。,宇宙速度,要使物体恰能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，至少以7.9km/s的速度发射，并以这一速度围绕地球表面做匀速圆周运动。把这一速度称为第一宇宙速度。,1、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度 （发射速度不能低于它，否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面）,第一宇宙速度（环绕速度）,2、第一宇宙速度是最大的环绕速度 （在环绕地球做匀速圆周运动

3、的所有可能速度中）,在地面附近发射飞行器，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。,第二宇宙速度：11.2km/s,当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会挣脱地球的引力束缚，不再绕地球运行，而是飞向太阳系的其它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。,第二宇宙速度（脱离速度）,第三宇宙速度: 16.7km/s,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,第三宇宙速度（逃逸速度）,各种各样的卫星,1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星,我国在1970年4月

4、20日发射了第一颗人造地球卫星,2003年10月15日，神州五号载人宇宙飞船发射升空,卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；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；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,F引,F1,F2,赤道平面,北,南,东,西,地球同步卫星的特点,1、同步卫星与地球同步转动，又称静止卫星（相对地面静止） （1）周期、角速度与地球自转

5、周期、角速度相同，所有同步卫星T=24h。 （2）轨道确定： 只能在赤道面的正上方，且为一定高度处。,F引,F1,F2,赤道平面,北,南,东,西,B,A,先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地的圆轨道上，在卫星经过A点时点火加速（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的A，远地点为同步圆轨道上的B点），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。两次点火过程都使卫星沿切线方向加速，并且点火时间很短。,发射同步卫星的一种程序,设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在A点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点B时的速率为v3，在B点短时间加速后进入

6、同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来。,发射同步卫星的一种程序,人造卫星的运行v、T、a与r的关系,梦想成真,在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元。 1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载入飞船，揭开了人类进入太空的序幕。 1969年7月20日，美国“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想 2003年10月15日，中国宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”飞船绕行地球14圈 人类进入了航天时代,

7、阿波罗蹬月.wmv,梦想成真,黑洞,黑洞.asx,恒星被黑洞撕裂 科学家借助太空望远镜在一个距地球亿光年的星系中观测到了耀眼的射线暴发。科 学家相信，这是被位于该星系中央的黑洞所吞噬的一颗恒星发出的“临终呼叫”。,1、同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（ ）。 A、它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值 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值 D、它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的。,2、已知地球的半径为R、自转角速度为、周期为T、地球的质量为M、地球表面的重力加速度为g0、万

8、有引力常量为G，在赤道上空一颗相对地球静止的同步卫星离开地面的高度h有几种计算方法？列出全部的表达式。,3、设地球的质量为M，半径为R，自转角速度为，万有引力常量为G，地球表面重力加速度为g，同步卫星的质量为m，离地心的距离为h，则同步卫星的环绕速度v为（ ）。,h,A,B,C,D,火箭发射人造卫星进入卫星轨道,大致分为三个阶段。 第一阶段：火箭在大气密度最大的一层内飞行，阻力很大。为了尽快摆脱稠密的大气层，通常采用垂直向上发射，在几分钟内使火箭加速到足够大的速度，这是加速阶段。一般靠第一级和第二级火箭完成 。 第二阶段：第二级火箭脱落后，火箭已经飞出了稠密的大气层，这时第三级火箭并不立即发动，它靠第一阶段获得的速度继续升高而作惯性飞行。同时在地面中心控制站的控制下，火箭轨道偏离垂直方向，逐渐转变为水平方向。,加速阶段,惯性飞行阶段,进入轨道,稠密大气层,地球,第三阶段：当火箭达到与卫星轨道相切位置时，发动第三级火箭，使火箭连同它所载的卫星加速到预定的速度而进入卫星轨道。卫星进入轨道后，通常就与火箭脱落。,m1,m2,r1,r2,O,宇宙中往往会有相距较近，质量可以相比的两颗星球，它们离其它星球都较远，因此其它星球对它们的万有引力可以忽略不计。在这种情况下，它们将各自围绕它们连线上的某一固定点做同周期的