6.5《宇宙航行》课件.ppt

一、牛顿的设想一、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。1、牛顿对人造卫星原理的描绘、牛顿对人造卫星原理的描绘:一、牛顿的设想一、牛顿的设想 2、人造卫星绕地球运行的动力学原因。、人造卫星绕地球运行的动力学原因。人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。3 3、人造卫星的运行规律、人造卫星的运行规律设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v、角速度、周期T与轨道半径 r 的关系1、绕行速度v与r的关系rv2、角速度与r的关系3、周期T与r的关系高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。线速度、角速度和周期与轨道半径的关系练习练习1 1：对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越 （2 2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越（3 3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（4 4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（5 5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小练习练习2、两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量不相等，轨道半径之比它们的质量不相等，轨道半径之比r1:r2=1:4,则它们则它们的的(1)线速度大小之比线速度大小之比 v1:v2=(2)周期之比周期之比 T1:T2=4、地球同步卫星、地球同步卫星1.周期周期 T=_24h2.轨道平面轨道平面_赤道平面赤道平面4.R4.R、v v、T T、a an n _ 3.h=_36000km“全部固定全部固定”（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：同步卫星的哪些思考：同步卫星的哪些物理量是不变的呢？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、宇宙速度二、宇宙速度讨论讨论 高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度发射速度，而不是运行速度运行速度。分析分析 当在地面附近绕地球运行，轨道半径r即为地球半径R 人造卫星发射速度与运行速度人造卫星发射速度与运行速度（1 1）发发射射速速度度：指指被被发发射射物物在在地地面面附附近近离离开开发发射射装装置置时时的的初初速速度度，并并且且一一旦旦发发射射后后就就再再无无能能量量补补充充，被被发发射射物物仅仅依依靠靠自自己己的的初初动动能能克克服服地地球球引引力力上上升升一一定定的的高高度度，进入运动轨道进入运动轨道（2 2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着贴着”地面运行时，地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度运行速度等于第一宇宙速度 注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度地球半径R=6400km，地球质量M=5.981024kg卫星在地面卫星在地面附近附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度速度第一宇宙速度第一宇宙速度。最小的发射速度最小的发射速度，最大的环绕速度。（半径最小）最大的环绕速度。（半径最小）要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须须大于大于7.9km/s。但所有卫星的环绕速度（在轨道上的。但所有卫星的环绕速度（在轨道上的速度）都必须速度）都必须小于小于7.9Km/s。所以。所以第一宇宙速度第一宇宙速度是：是：计算计算如果卫星发射速度大于如果卫星发射速度大于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，卫星绕地球运行的轨迹就不是圆，卫星绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。地心就成为椭圆轨道的一个焦点而是椭圆。地心就成为椭圆轨道的一个焦点 练习练习3、人造卫星在地球表面做圆周运动的周期T.=84.6min最小周期最小周期问题：问题：能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为分钟分钟的人造卫星？的人造卫星？2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 大小：大小：v=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。永远的离开地球而绕太阳运动。也叫也叫脱离速度脱离速度。注意：注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆不是圆，而是椭圆椭圆；等于或大于等于或大于11.2km/s时，时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。3、第三宇宙速度、第三宇宙速度 大小：大小：v=16.7km/s意义：以这个速度发射，物意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度逃逸速度。注意：注意：发射速度大于发射速度大于11.2km/s，而小于，而小于16.7km/s，卫星，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。太阳系以外的空间。三、三、梦想成真梦想成真 1957年年10月，原月，原苏联发射第一颗人造苏联发射第一颗人造地球卫星，卫星重地球卫星，卫星重83.6kg，每，每96min绕地球飞行一圈绕地球飞行一圈请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？世界航天世界航天 几年之后，几年之后，1961年年4月月12日苏联空军少日苏联空军少校加加林进入了东方一校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。多人为航天事业奋斗。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。了人类进入太空的丰碑。世界航天世界航天 1969年年7月月20日，阿波罗日，阿波罗11号将人类送上了月球。号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。步。世界航天世界航天航天飞机资料：可重复使航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔运送人员和物资，并滑翔降落于地面。降落于地面。1984年年4月月12日，第一日，第一架航天飞机哥伦比亚号架航天飞机哥伦比亚号发射成功。发射成功。世界航天世界航天2003年年2月月1日，哥日，哥伦比亚号航天飞机伦比亚号航天飞机在重返地面的过程在重返地面的过程中突然发生解体燃中突然发生解体燃烧，航天飞机上的烧，航天飞机上的七名宇航员，包括七名宇航员，包括六名美国人及一名六名美国人及一名以色列人全部遇难。以色列人全部遇难。无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。世界航天世界航天“哈勃哈勃”太空望远太空望远镜镜哈勃望远镜长哈勃望远镜长13.3米，直径米，直径4.3米，重米，重11.6吨，造价近吨，造价近30亿美元，于亿美元，于1990年年4月月25日由美国航天日由美国航天飞机送上高飞机送上高590千米千米的太空轨道。的太空轨道。哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万万千米外悉尼的一只萤火虫。千米外悉尼的一只萤火虫。世界航天世界航天 19751975年，返回式遥感年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家握卫星回收技术的国家。19701970年，年，“东方东方红红”1号，中国第一号，中国第一颗人造卫星。中国颗人造卫星。中国是第五个能自行发是第五个能自行发射卫星的国家射卫星的国家。中国航天中国航天1984年，试验通信卫星：年，试验通信卫星：“东方红东方红”2号，标志着号，标志着中国是世界上第中国是世界上第5个能发个能发射射地球静止地球静止轨道卫星的轨道卫星的国家。国家。通信卫星中国航天中国航天 飞船绕地球飞行飞船绕地球飞行14圈后，于圈后，于10月月16日日6时时23分安全降落在分安全降落在内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础 中国航天中国航天 1992年，中国载人航天工程年，中国载人航天工程正式启动正式启动 2003年年10月月15日日9时，我国时，我国“神舟神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空一位航天员杨利伟送人太空 伴随着伴随着“神舟神舟五号的发射成功，中国已正式启动五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工嫦娥工程程”，开始了宇宙探索的新征程，开始了宇宙探索的新征程中国航天中国航天中国航天中国航天嫦嫦 娥娥 工工 程程中国航天中国航天世界航天世界航天 尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕 宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？没有起始和终结？地外文明在哪里？爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。小结：小结：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的 向心力由万有引力提供向心力由万有引力提供:二、宇宙速度二、宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度7.9km/s7.9km/s，第二宇宙速度，第二宇宙速度11.2km/s11.2km/s，第三宇宙速度，第三宇宙速度16.7km/s16.7km/s。第一宇宙速度是第一宇宙速度是卫星发射的最小速度卫星发射的最小速度，是在，是在轨道上轨道上运行的最大速度运行的最大速度.三三、同步卫星、同步卫星 定点在赤道上空，周期定点在赤道上空，周期T T、高度、高度h h、线速度、线速度v v一一定。定。西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心 酒泉卫星发射基地酒泉卫星发射基地 太太原原卫卫星星发发射射中中心心