宇宙航行上课

1、宇宙航行宇宙航行1.1.卫星环绕地球运动的动力学方程卫星环绕地球运动的动力学方程是什么是什么?(V-R?(V-R、 -R-R、T-RT-R的关系的关系) ) F引 = Fn 线速度、角速度、周期与轨道半径的关系线速度、角速度、周期与轨道半径的关系？(1)由由 得得:rvmrMm22rGM(2)由由Mm/r2得得: =3rGM(3)由由F引引m(2/T)2 R 得得：GMR3卫星离地心越远，它卫星离地心越远，它运行运行的周期越大！的周期越大！卫星离地心越远，它卫星离地心越远，它运行运行的速度越小！的速度越小！人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的

2、是（列说法正确的是（ ）A.半径越大，速率越大半径越大，速率越大，周期越小周期越小B.半径越大，速率越小，周期越大半径越大，速率越小，周期越大C.所有卫星的角速度相同，与半径无关所有卫星的角速度相同，与半径无关D.所有卫星的速率均相同，与半径无关所有卫星的速率均相同，与半径无关练习：练习：B学习目标学习目标1知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度2掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系3了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情. 0v 若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?地面上的物体，怎样才能成为人造地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？地球卫

3、星呢？300多多年前，年前，牛顿提牛顿提出设想出设想以多大的速度抛出一个物体，它才会绕地球表面运以多大的速度抛出一个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？动，不会落下来？（变成了近地卫星）（变成了近地卫星）(已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km，g=9.8m/s2) 它是卫星刚好在地球表面做匀速圆周的速度，它是卫星刚好在地球表面做匀速圆周的速度，叫做叫做第一宇宙速度第一宇宙速度RmvRGMm22 skmvRGM/9 . 7Rvmmg2 skmgRv/9 . 7探究问题一探究问题一 : 第一宇宙速度的推导第一宇宙速度的推导指卫

4、星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度V运行V发射指被发射物体离开地面时的水平初速度指被发射物体离开地面时的水平初速度运行速度：运行速度：发发射速度：射速度：三大宇宙速度三大宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度： 2 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度: : 3 3、第三宇宙速度：、第三宇宙速度：211.2/vkms316.7/vkm sskmv/9 . 71人造地球卫星的人造地球卫星的最小最小发射速度发射速度 人造地球卫星的人造地球卫星的最大最大运行速度运行速度 ?卫星脱离太阳系的最小发射速度卫星脱离太阳系的最小发射速度例1.关于地球的第一宇宙速度，下列

5、表述正确的是()A第一宇宙速度又叫环绕速度B第一宇宙速度又叫脱离速度C第一宇宙速度跟地球的质量无关D第一宇宙速度跟地球的半径无关答案A例 2. 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约为 7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A0.4 km/sB1.8 km/sC11 km/sD36 km/s答案B 探究问题二：探究问题二：如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？轨道的是哪几条？提示：提示：卫星作圆卫星作圆

6、周运动的向心力周运动的向心力必须指向地心必须指向地心abc 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 探究问题三：探究问题三：向心加速度、线速度、角速度、周期与半线速度、角速度、周期与半径的关系：径的关系：提示提示 ：同学们算算，近地卫星的：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢？周期（最小周期）又是多少呢？min8 .841007. 5109 . 710640014. 32333s思考：思考：我们能否发射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如图所示，如图所示，a a、b b、c

7、 c是地球大气层外圆形轨道上运行是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，的三颗人造地球卫星，a a、b b质量相同，且小于质量相同，且小于c c的质的质量，则（量，则（ ） A.b所需向心力最大所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于周期相等，且大于a周期周期 C.b、c向心加速度相等，且大于向心加速度相等，且大于a的向心加速度的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于的线速度大小相等，且小于a的线速度的线速度acb地球BD1、宇宙速度：宇宙速度： 第一宇宙速度第一宇宙速度：v7.9kms 是卫星发射的最小速是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。度，是卫星绕地球运行

8、的最大速度。 第二宇宙速度第二宇宙速度：v11.2kms，是卫星挣脱地球束，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度缚的最小发射速度 第三宇宙速度第三宇宙速度: v16.7kms，是挣脱太阳束缚的，是挣脱太阳束缚的最小发射速度。最小发射速度。2.2.人造卫星运行轨道特点3.人造卫星运行向心加速度、线速度、角速度、周期与线速度、角速度、周期与半径的关系：半径的关系：达标训练达标训练1下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )A第一宇宙速度v17.9 km/s，第二宇宙速度v211.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2B美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于

9、第三宇宙速度C第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度答案CD2假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的()答案B 3.可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道()A与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的解析人造卫星运行时，由于地球对卫星的

10、引力是解析人造卫星运行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造卫星所在轨向圆心，即指向地心，也就是说人造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上地轴上( (除地心外除地心外) )的某一点，故的某一点，故A A是不对的；由于是不对的；由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以也不可能和经线所决定的平面共面，所以B B也是不也是不对的；相对地球表面静止的就是

11、同步卫星，它必对的；相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动地面运动答案CD4两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA TB1 8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为()ARA RB4 1，vA vB1 2BRA RB4 1，vA vB2 1CRA

12、RB1 4，vA vB1 2DRA RB1 4，vA vB2 1答案D思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让其，要想让其 在在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？探究问题四：变轨问题探究问题四：变轨问题22RMmGRmv122211,vRMmGRmv使使卫星加速到2233vLMmGLmv，使使卫星加速到变轨问题：变轨问题：方法：低轨道方法：低轨道 高轨道高轨道 加速加速 高轨道高轨道 低轨道低轨道 减速减速 1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然

13、后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于P点，点，2、3相切于相切于Q点。当卫星分别在点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以上正常运行时，以下说法正确的是（下说法正确的是（ ） A、在轨道、在轨道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率 B、在轨道、在轨道3上的角速度上的角速度 小于小于1上的角速度上的角速度 C、在轨道、在轨道2上经过上经过Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3上经过上经过Q点时的速率点时的速率 D、在轨道、在轨道1上经过上经过P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2上上 经过经过P点时的加速度点时的加速度 QQP P231BDB相对于地面静止且与地球自转同步的卫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星叫地球同步卫星。对于同步卫星的对于同步卫星的发射及轨道定位发射及轨道定位有什么要求呢，有什么要求呢，怎样才能保持与怎样才能保持与地球同步呢？地球同步呢？地球同步卫星地球同步卫星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：同步卫星的高度： (1)(1)运行方向与地球自转同运行方向与地球自转同（1 1）周期一定）周期一定T=24hT=24h