第六章第五节宇宙航行

物作者：马伟2013年3月22日理引入新课

自从1957年10月4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。第6章第5节宇宙航行一、牛顿的设想牛顿就曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了。ABCDOV0一、牛顿的设想

设地球的质量为M，绕其做匀速圆周运动的卫星的质量为m

，卫星到地心的距离为r，求卫星的线速度(v)、角速度(ω)、周期(T)和向心加速度(an)的表达式。二、人造地球卫星的运动MrRm二、人造地球卫星的运动“高轨低速长周期”极地轨道一般轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上平面立体赤道平面二、人造地球卫星的运动猜一猜：什么样的卫星的速度最大？在地面附近做匀速圆周运动的卫星叫近地卫星注意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。二、人造地球卫星的运动——近地卫星可以认为r近似等于地球半径R地球Rr1.周期T=_______24h2.轨道平面___________在赤道平面内4.r、v、ω、T、an_______________3.h=_________36000km“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。二、人造地球卫星的运动——同步卫星h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较1、第一宇宙速度三、宇宙速度

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。卫星匀速环绕的最大速度PV=7.9Km/s11.2>V>7.9V>11.2Km/S探究:

若卫星的发射速度大于7.9km/s

，会怎样呢？三、宇宙速度脱离速度当物体的速度等于或大16.7km/s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。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。逃逸速度2、第二宇宙速度当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。

3、第三宇宙速度三、宇宙速度思考：你如何理解第一宇宙速度（v=7.9千米/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？

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/s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。2、在地面附近发射卫星，如果速度小于v=7.9km/s，引力大于所需的向心力，卫星将落回地面。思考：

若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km,能否求出第一宇宙速度？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：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：一、人造卫星：在地球上抛出的物体，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。简称人造卫星。地球1、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。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。

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/s阅读材料宇宙探秘“黑洞”作业:练习二.(1)、(2)、(7)题动动脑，动动手思考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

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？

动动脑，动动手思考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。

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?动动脑，动动手思考5：由公式可知,卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径越大