宇宙航行(上课)

1、6.5 6.5 宇宇 宙宙 航航 行行中国人的飞天梦中国人的飞天梦外国人的外国人的“飞天飞天”梦梦300300多年前，多年前，牛顿提出设牛顿提出设想想地面上的物体，怎样才能离开地球地面上的物体，怎样才能离开地球问题：一、牛顿关于卫星的设想地面上的物体，怎样才能离开地球地面上的物体，怎样才能离开地球问题：一、牛顿关于卫星的设想法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9 .7/62411104 .61089.51067.6法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104

2、.68.96以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动不落下？以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动不落下？(已已知知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）二、宇宙速度二、宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）：卫星在绕地球做匀速圆周运动的速度。 v1=7.9km/s 说明：说明： 第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；低于它，卫星将落回地面而不能绕地球

3、运转；如果人造卫星的速度大于如果人造卫星的速度大于7.97.9km/skm/s而小于而小于11.211.2km/skm/s，则它的运行轨道相对于地球将是椭则它的运行轨道相对于地球将是椭圆，地球就成为该椭圆轨道的一个焦点圆，地球就成为该椭圆轨道的一个焦点、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脱离速度）（脱离速度）n这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度行的人造行星的最小发射速度n如果人造天体的速度大于如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就

4、成为该椭圆轨道的一个焦点圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点v2=11.2 km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度） n这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度n如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/s归纳总结归纳总结：发射速度发射速度v v运动情况运动情况v v7.9km/s7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s 7.9km/s v v 11.2km/s11.2km/s11.2km/s v 11.2km/s v 16.7km/s16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速

5、度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体落回地面物体在地面附近绕地物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体绕太阳运动物体飞出太阳系物体飞出太阳系 结论: 发射速度与运行速度 如果发射速度如小于第一宇宙速度如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星卫星将将落到地面落到地面; 如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好刚好能贴着地球表面作匀速圆周运动。能贴着地球表面作匀速圆周运动。 1、发射、发射速度速度：是指被发射物是指被发射物在地面在地面附近附近离开离开发射装置时发

6、射装置时的的速度速度。2、运行、运行速度速度：是指是指卫星进入轨道后卫星进入轨道后绕绕地球做地球做匀速圆周运动匀速圆周运动的的速度速度。 所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小发射最小发射速度速度，也是卫星绕地球做圆周运动的，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。最大运行速度。 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上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：三类人造地球卫星轨道：赤道轨道赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方极地轨道极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星

7、通过两极上空，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一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。，卫星轨道和赤道成一定角度。 1. 轨道中心轨道中心 地心地心2. _ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力 如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心GMvr3GMr32rTGM2GMar研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法研究天体运动，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，把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，

8、按轨道特点常用分类： 近地卫星近地卫星 轨道半径即地球半径轨道半径即地球半径 )()(22hRmhRMmG 极地卫星极地卫星 轨道面与赤道面垂直轨道面与赤道面垂直 地球同步卫星地球同步卫星(通讯卫星通讯卫星) 相对于地面静止且与地球自转同步的卫星。相对于地面静止且与地球自转同步的卫星。 T = _24h轨道平面轨道平面_赤道平面赤道平面周期周期T一定：相对于赤道上某点静止一定：相对于赤道上某点静止 h =_36000km R R、v v、T T、a an n _ “全部固全部固定定”（如何求？）min8 .841007. 5109 . 710640014. 32333s思考：思考：我们能否发射

9、一颗周期为我们能否发射一颗周期为 70min70min的卫星呢？的卫星呢？不能！不能！vRT2各种各样的卫星各种各样的卫星尤里尤里加加林加加林 1961年年4月月12日，苏联日，苏联宇航员尤里宇航员尤里加加林乘坐加加林乘坐东方东方1号航天器，绕地球号航天器，绕地球飞行飞行108分钟后，胜利地分钟后，胜利地完成人类历史上第一次完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于类遨游太空的梦想终于变成现实。变成现实。 人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 1963 1963年年6 6月月1616日日瓦瓦莲金娜莲金娜. .捷列什科娃捷列什科娃驾驶宇宙飞船驾驶宇宙飞船“东东方

10、方6 6号号”升空，作围升空，作围绕地球绕地球4848圈的飞行，圈的飞行，成为人类第一位进成为人类第一位进入太空的女性，并入太空的女性，并为此荣获苏联英雄为此荣获苏联英雄称号。称号。 人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 尼尔尼尔阿姆斯特朗阿姆斯特朗 巴兹巴兹奥尔德林奥尔德林 1969年年7月月20日，美日，美国宇航员巴兹国宇航员巴兹奥尔德奥尔德林（如图）和尼尔林（如图）和尼尔阿阿姆斯特朗（头盔中影姆斯特朗（头盔中影像）乘像）乘“阿波罗阿波罗”11号飞船首次登上月球。号飞船首次登上月球。 人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 我国载人航天回顾我国载人航天回顾杨利伟在太空展示中国和联合国国旗杨利伟在太空

11、展示中国和联合国国旗我国首位航天员我国首位航天员杨利伟杨利伟20032003年年 “ “神舟神舟”五号五号 中国人中国人“飞天飞天”梦圆梦圆费费俊俊龙龙在在做做身身体体检检查查美味佳肴飘进来美味佳肴飘进来成功返航成功返航奉奉命命出出征征20052005年年 “ “神舟神舟”六号六号 首次首次“多人多天多人多天”空间飞行空间飞行20082008年年 “ “神舟神舟”七号七号 首次太空行走首次太空行走关于宇宙速度，下列说法正确的是：（关于宇宙速度，下列说法正确的是：（ ）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的 最小发射速度最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球

12、卫星绕地球飞行第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行 的最小速度的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时 的最大速度的最大速度D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小 速度速度A 关于地球同步卫星，下列说法正确的是（关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）A.它的运行速度小于它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的的ACD小小 结：