第六章第五节 宇宙航行

1、物物作者：马作者：马 伟伟2013年年 3月月 22日日理理引入新课引入新课 自从自从1957年年10月月4日，前苏联发射第一颗人日，前苏联发射第一颗人造卫星以来，人类已向太空发射了各种不同用造卫星以来，人类已向太空发射了各种不同用途的卫星，在生产、生活和科研中得到了广泛途的卫星，在生产、生活和科研中得到了广泛的应用。那么人造卫星的发射需要满足什么条的应用。那么人造卫星的发射需要满足什么条件？卫星绕地球的运动又有什么规律呢？这一件？卫星绕地球的运动又有什么规律呢？这一节课，我们就来学习有关人造卫星的问题。节课，我们就来学习有关人造卫星的问题。第第6 6章第章第5 5节节 宇宙航行宇宙航行ABC

2、DOV0一、牛顿的设想一、牛顿的设想 MrRmmarMmG22rGMa rvmrMmG22rmrMmG22rGMv 3rGMGMrT322224TrmrMmG“高轨低速长周期高轨低速长周期”极地轨道极地轨道一般轨道一般轨道赤道轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上心的圆（或椭圆）轨道上平面平面立体立体赤道平面赤道平面在地面附近做匀速圆周运动的卫星叫近地卫星skmsmvRGM/9 . 7/624111037. 61089. 51067. 6最大v=7.9km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度。T=84分钟是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最小周期。

3、可以认为r近似等于地球半径R地球分钟最小8423GMRTRr1. 周期周期 T = _24h2. 轨道平面轨道平面_在赤道平面内在赤道平面内4. r4. r、v v、T T、a an n _ 3. h =_36000km“全部固定全部固定”（如何求？） 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星，又叫通讯卫星思考：同步卫星的哪些思考：同步卫星的哪些物理量是不变的呢？物理量是不变的呢？同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星结论： 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。skmv/08. 3注

4、：h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较宇宙速度宇宙速度三、宇宙速度三、宇宙速度 物体物体在地面附近在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做度，叫做第一宇宙速度第一宇宙速度。skmv/9 . 7卫星卫星匀速环绕匀速环绕的最大速度的最大速度PV=7.9Km/s11.2V7.9V11.2Km/S探究探究: : 若卫星的若卫星的发射速度

5、发射速度大于大于7.9km/s ，会怎样呢？，会怎样呢？三、宇宙速度三、宇宙速度脱离速度脱离速度 当物体的速度等于或大当物体的速度等于或大16.7km/s16.7km/s时，物体可以挣时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把们把16.7km/s16.7km/s叫做叫做第三宇宙速度。第三宇宙速度。逃逸速逃逸速度度宇宙速度宇宙速度 当物体的速度等于或大于当物体的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s时，它时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s11.2km/s

6、叫做叫做第二宇宙速度。第二宇宙速度。宇宙速度宇宙速度三、宇宙速度三、宇宙速度思考：思考：你如何理解第一宇宙速度（你如何理解第一宇宙速度（v =7.9千米千米/秒）秒）是地球卫星最大的绕行速度，也是地球卫星的最小发射速度？是地球卫星最大的绕行速度，也是地球卫星的最小发射速度？V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s三、宇宙速度三、宇宙速度1、v=7.9km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动（不含椭圆）的最大速度。思考：思考： 若地球质量未知，而知道地球表面的重力若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度加速度 g=9.8m/s2， 地球

7、半径地球半径R=6400km,能否能否求出第一宇宙速度？求出第一宇宙速度？我国航天简记我国于1970年4月24日成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”，成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家我国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家，卫星回收成功率达到国际先进水平；我国是世界上第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家 1999年11月20日至21日，中国成功地发射并回收了第一艘“神舟”号无人试验飞船，标志着中国已突破了载人飞船的基本技术，神舟回眸：神舟一号 发射时间：1999年11月20日6时30分7秒神舟五号发射时间：2003年10月15日09时00分 宇航员：

8、杨利伟 这次的成功发射标志着中国成为继前苏联（现由俄罗斯承继）和美国之后，第三个有能力独自将人送上太空的国家 神舟六号 发射时间： 2005年10月12日9时0分0秒宇航员：费俊龙和聂海胜 神舟七号 发射时间： 2008年9月25日21时10分 航天员：翟志刚、刘伯明、景海鹏 神舟九号发射时间： 2012年6月16日18时37分 航天员：景海鹏、刘旺和女航天员刘洋 神舟九号实现了与天宫一号对接“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上执行科学探测任务。 小结小结：一、人造卫星：在地球上抛出的物体，

9、当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星人造地球卫星。简称人造卫星人造卫星。地球rmvrmGm22rmGv1、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）二、宇宙速度：2、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。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：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。第三宇宙速度。V1=7.9km/s地球V2=1

10、1.2km/sV3=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s作业作业:练习二练习二.(1) 、(2) 、(7)题题思考1：设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，利用所学知识，你能推导第一宇宙速度的另一表达式 gRv 吗？思考2：有人根据公式 说：人造卫星的轨道半径增大2倍，卫星的速度也增大2倍。但由公式 可知，轨道半径增大时，卫星的速度是减小的。应当怎样理解这个问题？ rv rmGv思考3：一位同学根据向心力公式 说，如果人造卫星的质量不变，当轨道半径增大到2倍时，人造卫星需要的向心力减小为原来的1/2；另一位同学根据卫星的向心力是地球对它引力，由公式 推断，当轨道半径增大到2倍时，人造卫星需要的向心力减小为原来的1/4。哪位同学的说法对？说明理由。 rmvF2221rmmGF 思考4：人造地球卫星由于大气阻力的作用,轨道半径逐渐变小,它的线速度怎样变化?为什么?周期怎样变化?为什么?思考5：由公式 可知,卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径