宇宙航行(精编PPT)精讲

第5节宇宙航行明德中学高一物理备课组第一页，共二十八页。中国人的飞天梦外国人的“飞天”梦第二页，共二十八页。飞天之梦的历史第三页，共二十八页。问题:一、牛顿关于卫星的设想

地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?问题情境

由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.第四页，共二十八页。一、牛顿关于卫星的设想

物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大,故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.ABCOV0D问题:问题情境第五页，共二十八页。

从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。牛顿人造卫星原理图一、牛顿关于卫星的设想第六页，共二十八页。思考？

1.以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?

推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力

人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度,又叫环绕速度。如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面;如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作匀速圆周运动。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。二、宇宙速度第七页，共二十八页。问题:

若卫星的发射速度大于7.9km/s

，会怎样呢？第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.（脱离速度）第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度.(逃逸速度)11.2km/s>V>7.9km/sV=16.7km/sV=11.2km/sV=7.9km/s绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。

第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度.（环绕速度）二、宇宙速度第八页，共二十八页。1、当发射速度为7.9km/s,物体恰好环绕地球表面做圆周运动；2、当发射速度大于7.9km/s时：①7.9km/s<V<11.2km/s,但环绕速度<7.9km/s物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；

②11.2km/s<V<16.7km/s物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行；③V>16.7km/s物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。二、宇宙速度第九页，共二十八页。1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若7.9km/s<v<11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆.(最大环绕速度,最小发射速度)

2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：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。第十页，共二十八页。表征人造卫星运行状态的物理量有三个:环绕速度v,转动半径r(或R+h,h为离地的高度)转动周期T.

将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：三、人造地球卫星运行的规律第十一页，共二十八页。结论：卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。

所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别三、人造地球卫星运行的规律第十二页，共二十八页。发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，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；运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度。

三、人造地球卫星运行的规律第十三页，共二十八页。问题：

将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？

向高轨道发射卫星时,

需要的初速度越大，火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难.三、人造地球卫星运行的规律第十四页，共二十八页。四、课堂练习[例题]:

我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？第十五页，共二十八页。提示：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢？思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？不能！！第十六页，共二十八页。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：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方②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③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道

第十七页，共二十八页。第十八页，共二十八页。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，又叫通讯卫星。对于同步卫星的发射及轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？地球同步卫星：第十九页，共二十八页。同步卫星同步卫星有以下几个特点：同步卫星的高度：（1）周期一定T=24h（2）在赤道平面内（3）高度一定（Ｒ＋ｈ）

解得高度：ｈ＝

km

-G第二十页，共二十八页。第二十一页，共二十八页。第二十二页，共二十八页。人类探索太空的过程

1961年，苏联宇航员尤里·加加林，完成人类历史上第一次宇宙飞行，人类飞天梦想终于变成现实。1963年，瓦莲蒂娜·捷列什科娃，人类第一位进入太空的女性。

1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、迈克尔·柯林斯、巴兹·奥尔德林(上图从左至右)，成功登月。左图为月球上的奥尔德林，头盔中人影为阿姆斯特朗。

1984年，美国宇航员布鲁斯·麦坎德利斯离开航天飞机320英尺，完成人类首次无安全索太空行走。

2001年，第一位太空游客美国人蒂托(中)，进入国际空间站，开始太空观光。第二十三页，共二十八页。阿波罗11号宇航员在月球上的视频点击图片即播放第二十四页，共二十八页。我国载人航天回顾杨利伟在太空展示中国和联合国国旗我国首位航天员杨利伟2003年“神舟”五号中国人“飞天”梦圆费俊龙在做身体检查美味佳肴飘进来

成功返航

奉命出征2005年“神舟”六号首次“多人多天”空间飞行2008年“神舟”七号首次太空行走第二十五页，共二十八页。1、三个宇宙速度：

v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2、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，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，

(v为线速度、ω为角速度、T为周期、n为转速)五、课堂小结第二十六页，共二十八页。布置作业

1.阅读教材后边“科学漫步”和“STS”的材料；2.将学生分组,上网查阅黑洞、同步卫星的相关资料.第二十七页，共二十八页。内容总结第5节宇宙航行。物体做平抛运