1、.,人類已經(jīng)將腳步 踏向廣闊的宇宙,.,人類對未知太空的探索永不止歇,.,中國的航天事業(yè)飛速發(fā)展圓了飛天之夢,.,知識(shí)回顧,上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量，請同學(xué)們回憶其推導(dǎo)過程。,其中M是中心天體的質(zhì)量，m是環(huán)繞天體的質(zhì)量，r是中心天體與環(huán)繞天體之間的距離，是環(huán)繞天體公轉(zhuǎn)的角速度，T是公轉(zhuǎn)周期。,.,導(dǎo)入新課,在高山上用不同的水平初速度拋出一個(gè)物體，不計(jì)空氣阻力，它們的落地點(diǎn)相同嗎？,它們的落地點(diǎn)不同，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)。因?yàn)樵谕蛔呱缴蠏伋觯鼈冊诳罩羞\(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，速度大的水平位移大，所以落地點(diǎn)也較遠(yuǎn)。,假設(shè)被拋出物體的速度足夠大，物體的運(yùn)動(dòng)情形又如何呢？,.,第

2、五節(jié) 宇宙航行,.,內(nèi)容解析,一 . 牛頓的設(shè)想,設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當(dāng)初速度足夠大時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。 人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供。,.,設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，r是軌道半徑，由于萬有引力提供向心力，則,人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度,可見，高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星線速度小。,.,角速度與周期和軌道半徑的關(guān)系如何呢？,可見，高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星角速度小，周期長。,.,二 . 宇宙速度,高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？ 這就需要

3、看衛(wèi)星的發(fā)射速度，而不是運(yùn)行速度。 那么發(fā)射速度應(yīng)該達(dá)到多少才能使衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)而不會(huì)落回地面呢？,.,牛頓實(shí)驗(yàn)中，炮彈至少要以多大的速度發(fā)射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？ 分析：在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力 得： ,第一宇宙速度,.,這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫做第一宇宙速度。 結(jié)論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7.9km/s，它將在地面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；要發(fā)射一顆軌道半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s。可見，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星

4、要困難。,.,第一宇宙速度的意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。,.,大?。?第二宇宙速度的意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度。 注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。,第二宇宙速度,.,大?。?第三宇宙速度的意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度。 注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km

5、/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。,第三宇宙速度,.,區(qū)分概念,人造衛(wèi)星的發(fā)射速度： 指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補(bǔ)充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。,人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度： 指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。,.,所謂同步衛(wèi)星，是相對于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛(wèi)星，T=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h(yuǎn)處，并且h是一定的。同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。 由 得： T為地球自轉(zhuǎn)周期，M、R分別為

6、地球的質(zhì)量、半徑。代入數(shù)值得,同步衛(wèi)星,.,三 .夢想成真,探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空，是人類自古以來的夢想。,19世紀(jì)中葉的俄羅斯學(xué)者齊奧爾科夫斯基指出，利用噴氣推進(jìn)的多級(jí)火箭，是實(shí)現(xiàn)太空飛行最有效的工具。,.,1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。 1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入東方一號(hào)宇宙飛船繞地球飛行一圈。 1969年7月20日，阿姆斯特朗踏上了月球，在另一個(gè)星球上留下了人類的足跡。 2003年10月15日，我國第一位航天員楊利偉乘神舟五號(hào)進(jìn)入太空。 2007年10月24日，我國首顆繞月探測衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射成功。,.,人類的航天事業(yè)獲

7、得了矚目的成就，但其中也付出了無數(shù)的汗水和犧牲。2003年2月1日美國哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返艙時(shí)在大氣層中解體，7名航天員全部遇難。,.,地球和月亮只是茫茫宇宙中的兩粒塵埃，還有更為廣闊的未知世界需要我們?nèi)ヌ剿鳌?.,課堂小結(jié),1 .牛頓的設(shè)想 從高山上水平拋出的物體如果速度足夠大，他將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為人造地球衛(wèi)星。 2 .宇宙速度 第一宇宙速度人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度,.,第二宇宙速度使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度 第三宇宙速度使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度,.,3.夢想成真 飛天的夢想已然成真，人類已經(jīng)邁向了太空，進(jìn)入更為深

8、遠(yuǎn)的探索。,.,高考鏈接,1.（07山東)2007年4月24日，歐洲科學(xué)家宣布在太陽系之外發(fā)現(xiàn)了一顆可能適合人類居住的類地行星Gliese581c.這顆圍繞紅矮星Gliese581c運(yùn)行的星球有類似地球的溫度，表面可能有液體水存在，距離地球約為20光年，直徑約為地球的1.5倍，質(zhì)量約為地球的5倍，繞紅矮星Gliese581c運(yùn)行的周期約為13天。假設(shè)有一艘宇宙飛船飛臨該星球表面附近軌道，下列說法正確的是（ ）,.,A. 飛船在Gliese581c表面附近運(yùn)行的周期約為13天 B. 飛船在Gliese581c表面附近運(yùn)行時(shí)的速度大于7.9km/s C. 人在Gliese581c上所受重力比在地球

9、上所受重力大 D. Gliese581c的平均密度比地球平均密度小,BC,（ ）,.,2.（07上海）宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球，經(jīng)過時(shí)間t小球落回原處；若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球，需要經(jīng)過時(shí)間5t小球落回原處。（取地球表面重力加速度g=10m/s2,空氣阻力不計(jì)）,(1)求該星球表面附近的重力加速度g (2)已知該星球的半徑與地球半徑之比為R星:R地=1:4,求該星球的質(zhì)量與地球質(zhì)量之比M星:M地,.,解：（1）設(shè)豎直上拋小球初速度為v0，則,所以，,（2）設(shè)小球的質(zhì)量為m，則,.,課堂練習(xí),1 .關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列說法 中正確的是（ ） A.它

10、是人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度 B.它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度 C.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道的最小發(fā)射速度 D.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入軌道的最大發(fā)射速度,BC,分析 注意理解運(yùn)行速度和發(fā)射速度。,.,2. 人造地球衛(wèi)星中的物體處于失重狀態(tài)，是指物體（ ） A.不受地球引力的作用 B.受到的合力為零 C.對支持它的物體沒有壓力 D.地球的吸引力和向心力平衡,C,分析 注意理解超重、失重及完全失重的概念。,.,3. 假設(shè)地球的質(zhì)量不變，半徑增大到原來的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的（ ） A. B.1/ C.1/2倍 D. 2倍,B,分析 根據(jù)第一宇宙速度和

11、地球半徑的關(guān)系可以得出正確答案。,.,4. 衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試估算最小周期為多少？,分析 衛(wèi)星的運(yùn)行軌道半徑越小，周期越小。所以衛(wèi)星在近地軌道運(yùn)行時(shí)周期為最小周期。,.,解：在地面附近有 由萬有引力提供向心力得 兩式聯(lián)立得,說明 在某些天體運(yùn)動(dòng)的題目中，似乎已知量不夠，但巧妙地利用 可以代換一些未知量。,.,1. 解：“神舟五號(hào)”繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力由其受到的地球萬有引力提供。 其中周期 則,問題與練習(xí),2,4,.,91,.,-,.,其距離地面的高度為 根據(jù)離地面高度的準(zhǔn)確值驗(yàn)證其周期的準(zhǔn)確值 已知：“神舟五號(hào)”繞地球運(yùn)行時(shí)離地面的高度為343km，則根據(jù) 在地面附近有 ： ,.,T,

12、根據(jù)以上三式得:,.,2.解：環(huán)繞地球表面勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星需要的向心力，由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，即： 得 （1） 在地面附近有： 可得 將其代入（1）式有,.,3. 解：設(shè)金星質(zhì)量為 、半徑為 、金星表面自由落體加速度為 。 在金星表面 （1） 設(shè)地球質(zhì)量為 、半徑為 、地球表面自由落體加速度為 。 在地球表面有 （2）,.,（1）式除以（2）式，得 即,.,開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措。實(shí)現(xiàn)月球探測將是我國航天深空探測零的突破。 我國航天科技工作者早在1994年就進(jìn)行了探月活動(dòng)必要性和可行性研究，1996年完成了探月衛(wèi)星的技術(shù)方案研究，1998年完成了衛(wèi)星

13、關(guān)鍵技術(shù)研究，以后又開展了深化論證工作。 經(jīng)過10年的醞釀，最終確定我國整個(gè)探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個(gè)階段。,課外閱讀,中國航天的發(fā)展,.,第一步為“繞”，即發(fā)射我國第一顆月球探測衛(wèi)星，突破至地外天體的飛行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)月球探測衛(wèi)星繞月飛行，通過遙感探測，獲取月球表面三維影像，探測月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型，探測月壤特性，并在月球探測衛(wèi)星奔月飛行過程中探測地月空間環(huán)境。第一顆月球探測衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”已于2007年10月24日發(fā)射。,.,第二步為“落”，時(shí)間定為2007年至2010年。即發(fā)射月球軟著陸器，突破地外天體的著陸技術(shù)，并攜帶月球巡視勘察器，進(jìn)行月球軟著陸和自動(dòng)巡視勘測，探測

14、著陸區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石的化學(xué)與礦物成分和月表的環(huán)境，進(jìn)行月巖的現(xiàn)場探測和采樣分析，進(jìn)行日-地-月空間環(huán)境監(jiān)測與月基天文觀測。具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動(dòng)機(jī)器人探測著陸區(qū)巖石與礦物成分，測定著陸點(diǎn)的熱流和周圍環(huán)境，進(jìn)行高分辨率攝影和月巖的現(xiàn)場探測或采樣分析，為以后建立月球基地的選址提供月面的化學(xué)與物理參數(shù)。,.,第三步為“回”，時(shí)間定在2011至2020年。即發(fā)射月球軟著陸器，突破自地外天體返回地球的技術(shù)，進(jìn)行月球樣品自動(dòng)取樣并返回地球，在地球上對取樣進(jìn)行分析研究，深化對地月系統(tǒng)的起源和演化的認(rèn)識(shí)。目標(biāo)是月面巡視勘察與采樣返回。 我國繞月探測工程將完成以下四大科學(xué)目標(biāo)： 1、獲取月球表面三維影像。劃分月球表面的基本地貌構(gòu)造單元，初步編制月球地質(zhì)與構(gòu)造綱要圖，為后續(xù)優(yōu)選軟著陸提供參考依據(jù)。,.,2、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)。對月球表面有用元素進(jìn)行探測，初步編制各元素的月面分布圖。 3、探測月壤特性。探測并評(píng)估月球表面月壤層的厚度、月壤中氦-3的資源量。 4、探測地月空間環(huán)境。記錄原始太陽風(fēng)數(shù)據(jù)，研究太陽活動(dòng)對地月空間環(huán)境的影響。 首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號(hào) 北京時(shí)間2007年10月24日18時(shí)05分（UTC8時(shí)）左右，嫦娥一號(hào)探測器從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭成功發(fā)射。衛(wèi)星發(fā)射后，將用8