1、第5節(jié) 宇宙航行,中國人的飛天夢,外國人的“飛天”夢,飛天之夢的歷史,問題:,一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想,地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。,1.月球也要受到地球引力的作用,為什么月亮不會落到地面上來?,問題情境,由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運(yùn)轉(zhuǎn),此時月球受到的地球引力(即重力),用來充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力,故月球不會落到地面上來.,一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想,物體做平拋運(yùn)動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠(yuǎn)。,2.若拋出物體的水平初速度足夠大,物體將會怎樣?試大膽猜想。,由于地球是一個圓球,當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時,物體飛行的距離也很大, 故物體不能再 落回地面,

2、而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星.,問題:,問題情境,從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠(yuǎn)繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星。,牛頓人造衛(wèi)星原理圖,一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想,思考？ 1. 以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運(yùn)動的衛(wèi)星?,推導(dǎo)方法一：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動的向心力,g=9.8m/s2，R=6400km，代入數(shù)據(jù)得：,推導(dǎo)方法二：地表附近，重力近似等于萬有引力,人們把7.9km/s這個速度稱作第一宇宙速度,又叫環(huán)繞速度。 如果發(fā)射速度如小于第一宇宙速度,衛(wèi)星將落到地面; 如果發(fā)射速度等

3、于第一宇宙速度，衛(wèi)星剛好能貼著地球表面作勻速圓周運(yùn)動。 所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。,二、宇宙速度,問題: 若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s ，會怎樣呢？,第二宇宙速度:物體克服地球引力,永遠(yuǎn)脫離地球的速度. （脫離速度）,第三宇宙速度:物體掙脫太陽引力,飛出太陽系的速度. (逃逸速度),繞地球運(yùn)動的軌跡就不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大，橢圓軌道越“扁”。,第一宇宙速度:物體在地表附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度. （環(huán)繞速度）,二、宇宙速度,1、當(dāng)發(fā)射速度為7.9km/s, 物體恰好環(huán)繞地球表面做圓周運(yùn)動； 2、當(dāng)發(fā)射速度大于7.9km/s 時： 7.9km/s16.7

4、km/s 物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。,二、宇宙速度,表征人造衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)的物理量有三個: 環(huán)繞速度v, 轉(zhuǎn)動半徑r(或R+h,h為離地的高度) 轉(zhuǎn)動周期T. 將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動都近似看成勻速圓周運(yùn)動，則衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：,三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律,結(jié)論： 衛(wèi)星的運(yùn)行速度、角速度、運(yùn)轉(zhuǎn)周期與其本身質(zhì)量無關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。 離地面越高的衛(wèi)星，運(yùn)行速度越小，周期越長，發(fā)射需要的初速度越大。 所以，第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行速度。,（補(bǔ)充）：衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運(yùn)行速度的區(qū)別,三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律

5、,發(fā)射速度：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，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度、進(jìn)入運(yùn)動軌道； 運(yùn)行速度：衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動的線速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最大速度。,三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律,同步衛(wèi)星,近地衛(wèi)星,月球,近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較,（3）地球同步衛(wèi)星,地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：“四個一定” （1）周期一定：T=24h （2）高度一定: 在赤道上空處 （3）速率一定：線速度v3.1 kms （4）軌道平面一定：與地球赤道平面共面。,同步衛(wèi)星,近地衛(wèi)星,月球,近地衛(wèi)星、

6、同步衛(wèi)星、月球三者比較,（3）地球同步衛(wèi)星,地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：“四個一定” （1）周期一定：T=24h （2）高度一定: 在赤道上空處 （3）速率一定：線速度v3.1 kms （4）軌道平面一定：與地球赤道平面共面。,問題： 將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大？哪一個更容易？為什么？ 向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時, 需要的初速度越大，火箭克服地球?qū)πl(wèi)星的引力而作更多的功,對火箭的要求更高一些,所以比較困難.,三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律,四、課堂練習(xí),例題: 我國發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/80，月球的半徑約為地球半徑的1/

7、4，地球上的第一宇宙速度約為7.9km/s，求“嫦娥一號”探月衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速率？,人類探索太空的過程,1963年，瓦蓮蒂娜捷列什科娃， 人類第一位進(jìn)入太空的女性。,1969年7月20日，美國宇航員尼爾阿姆斯特朗、邁克爾柯林斯、巴茲奧爾德林(上圖從左至右)，成功登月。 左圖為月球上的奧爾德林，頭盔中人影為阿姆斯特朗。,1984年，美國宇航員布魯斯麥坎德利斯離開航天飛機(jī)320英尺，完成人類首次無安全索太空行走。,2001年，第一位太空游客美國人蒂托(中)，進(jìn)入國際空間站，開始太空觀光。,阿波羅11號宇航員在月球上的視頻,點(diǎn)擊圖片即播放,我國載人航天回顧,2008年 “神舟”七號 首次太空行走,1、三個宇宙速度： v1=7.9km/s（會推導(dǎo)）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s 2、研究天體運(yùn)動，包括人造衛(wèi)星的運(yùn)動基本方法： 把天體或人造衛(wèi)星的運(yùn)動看作勻速圓周運(yùn)動，且萬有引力全部提供天體或人造衛(wèi)星的向心力， (v為線速