倪向新宇宙航行课件

第五节宇宙航行

高一物理备课组2013年4月11日

两条基本思路2、万有引力提供向心力知识回顾1、万有引力等于重力请同学们写出卫星v、ω、an以及T的大小:1、计算公式：2、计算结果：计算公式：计算结果：结论：轨道半径大的卫星，线速度

小

，角速度

小

，向心加速度

小

，周期

大

。（填“大”“小”）人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，它需要的向心力是由谁提供的？设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到地心的距离为r,卫星运动的速度为v，请你用学过的知识推导出卫星在轨道上运动速度v的表达式。若M地=5.98×1024kg,r＝R地=6.40×106m，

计算出运动速度的大小：探究

【问题一】至少以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？

思路一：由于卫星运动所需的向心力是由万有引力提供思路二：重力提供物体作圆周运动的向心力(若已知地表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km) (3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？ (1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？ (2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？学生思考：归纳提升1、发射速度2、宇宙速度3、运行速度：（1）匀速圆周运动的速度（2）椭圆轨道上的速度4、三种速度间的关系：

当堂训练1、以下说法正确的是（）

A、第一宇宙速度是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运的速度

B、第一宇宙速度是使物体成为一颗人造卫星理论上最小发射速度

C、在地面附近发射卫星，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运行的轨迹就是椭圆

D、紫金山天文台发现的“吴健雄星”直径为32km，密度与地球相同，则该小行星的第一宇宙速度大小约为20m/s

E、以地心为焦点的椭圆轨道2、可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其轨道面（）

A、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆；

B、与地球表面上某一经度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静止；

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运动；

针对性练习ABCD下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是（）D3、关于第一宇宙速度，下列说法不正确的是………………（）

A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度

B.它等于人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度

C.它是能使卫星在近地轨道运动的最小发射速度

D.它是卫星在椭圆轨道上运动时的近地点速度

地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，同步卫星有以下几个特点：1.运行方向与地球自转方向一致2.运转T,与地球自转T,相同T＝24h.3.轨道平面在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方．4.高度固定不变离地高度H=36000KM．所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同探究二★★★

★1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（）A、在轨道3上的速率大于1上的速率B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度C、在轨道2上经过Q点时的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上经过P点时的加速度QP2·31BD5．同步卫星离地心的距离为，运行速度为，加速度，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度第一宇宙速度为，地球的半径为，则（）A．B．c．D．

．

6、已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.89×1024kg,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,若要发射一颗地球同步卫星，试求：

(1)地球同步卫星的离地面高度h.

(2)地球同步卫星的环绕速度v.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。（1）在赤道平面内（2）周期一定T=24h（3）高度一定360km空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何登到空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？三、宇宙飞船与空间站对接7、宇宙飞船和轨道空间站在同一轨道上运动若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是：()A．飞船加速直到追上B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站，完成对接C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站，完成对接D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接B“高轨低速长周期”四、卫星的运行规律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已知：地球质量M，半径R，卫星距地面高度h，引力常量G.请你利用已学的知识，探究卫星绕地球的运行速度v、周期T与高度h的关系.月球月球轨道地球地月转移轨道点火加速减速制动月球探测卫星发射课堂练习[例1]我国发射的探月卫星“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？[例2]如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（