【课用】_6-5_宇宙航行.ppt

嫦嫦娥娥奔奔月月 敦煌飞天的壁画敦煌飞天的壁画外国人的外国人的 “飞天飞天”梦梦 地地面上的物面上的物体，体，怎怎样才能离开地球样才能离开地球宇宙航行宇宙航行第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天安义中学安义中学pengxiaopengxiao 问题：问题：地地面上的物体，怎样才能离开地球面上的物体，怎样才能离开地球300多年前，牛顿提出设想多年前，牛顿提出设想 抛出的速度抛出的速度v v越大时，越大时，落地点越远，速度不断增落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？大，将会出现什么结果？方法方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力方方法法二二：重：重力提供物体作圆周运动的向心力力提供物体作圆周运动的向心力 问问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球题一：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？表面运动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2,地地球质量球质量M=5.891024kg,地球半径地球半径R=6400km)（若已知地球表面重力加速度（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）一、宇宙速度一、宇宙速度 1 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度 V V1 1=7.9km/s=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度。具备的速度。n说明：说明：（）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射（）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；（）等于这个速度，卫（）等于这个速度，卫星恰好在星恰好在地球表面附近作地球表面附近作匀速圆周运动；匀速圆周运动；(环绕速度）环绕速度）（3 3）如果大于）如果大于7.9km/s7.9km/s，而小于而小于11.2km/s11.2km/s，卫星将沿椭圆轨，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。2 2、第二宇、第二宇宙速度宙速度 V V2 2=11.2km/s=11.2km/s 它是物体它是物体克服地球引力，永远离开地球克服地球引力，永远离开地球所必须具备的速所必须具备的速度。度。n说明：说明：（）这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人）这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度；造行星的最小发射速度；（）如果人造天体的速度大于）如果人造天体的速度大于11.2km/s11.2km/s而小于而小于16.7km/s16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点。道的一个焦点。3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度V3=16.7 km/sn这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。n如如果果人人造造天天体体具具有有这这样样的的发发射射速速度度，就就可可以以摆摆脱脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了。地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了。各种各样的卫星各种各样的卫星 课堂练习：人造卫星的运行规律课堂练习：人造卫星的运行规律卫星的绕行速度卫星的绕行速度v v、角速度、角速度 、周期、周期T T与轨道半径与轨道半径 r r 的关系的关系1 1、绕行速度、绕行速度v v与与r r的关系的关系rv2 2、角速度、角速度与与r r的关系的关系3 3、周期、周期T T与与r r的关系的关系【不同高度的卫星不同高度的卫星轨道半径轨道半径 r 不同不同】课堂练习：课堂练习：人造卫星的运行规律人造卫星的运行规律线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：思考：对于绕地球运动的人造卫星：思考：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规律总结：规律总结：只有周期只有周期T T与轨道半径与轨道半径r r成成“正比正比”，其余均，其余均为为“反比反比”二、人造卫星的发射速度和运行速度二、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念：发射速度与运行速度是两个不同的概念：（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升一定的高度，进入运动轨道。上升一定的高度，进入运动轨道。（2 2）环绕速度：）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地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。当卫星球做匀速圆周运动的线速度。当卫星“贴着贴着”地地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。面运行时，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。向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？哪个需要的发射速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？V1=7.9km/s（第一宇宙速度）（第一宇宙速度）最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度人造卫星的人造卫星的轨道轨道半径半径r r越越小小,需要的需要的V V发射发射越越小；而小；而V V运行运行却却越越大大轨道轨道半径半径r r越越小小,需要的需要的V V发射发射越越小小轨道轨道半径半径r r越越小小,运行的运行的V V运行运行却却越大越大卫星贴近地面作匀速圆周运动时，卫星贴近地面作匀速圆周运动时，轨道轨道半径半径r r最小；最小；练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为80min80min的卫星吗？的卫星吗？地球地球三、三、人造卫星人造卫星1.轨道中心轨道中心 地心地心2._ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力3.R越大，越大，T _，V _，_，an _越大越大越小越小越小越小越小越小四、四、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 4、R R、v v、T T、a an n _ 3、高度高度h=_36000km“全部固全部固定定”（如何求？）（如何求？）三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。越越 例题例题 发射同步卫星时，先将它发发射同步卫星时，先将它发射到近地圆形轨道射到近地圆形轨道1 1，然后进入轨道，然后进入轨道2 2环绕，最后进入同步圆形轨道环绕，最后进入同步圆形轨道3 3，轨，轨道道1 1、2 2相切于相切于QQ点，轨道点，轨道2 2、3 3相切于相切于P P点，则当卫星分别在点，则当卫星分别在1 1、2 2、3 3轨道上轨道上正常环绕时，以下说法正确正常环绕时，以下说法正确的是的是（）A 卫星在轨道卫星在轨道3上的速率小于在轨道上的速率小于在轨道1 上的速率上的速率 B 卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨上的角速度小于在轨道道1上的角速度上的角速度C 卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度小于它在轨道点时的加速度小于它在轨道2上经上经过过Q点时的点时的加速度加速度D 卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度等于它在轨道点时的加速度等于它在轨道3上经上经过过P点时的点时的加速度加速度321QPV越大，则越大，则a越小？越小？噢！噢！a还和还和R有关的有关的！a=V2/Ra=F引引/m =GM/R2R相同，则相同，则a相相同！同！QPV1V2V3例例题题 “神神州州号号”发发射射升升空空后后，先先进进入入一一个个近近地地点点为为200200公公里里，远远地地点点为为340340公公里里的的椭椭圆圆轨轨道道。然然后后根根据据计计划划要要将将它它调调整整到到距距地地面面340340公公里里高高的的圆圆轨轨道道上上。设设飞飞船船在在近近地地点点P P时时的的速速率率为为V V1 1，在在远远地地点点Q Q时时的的速速率率为为V V2 2，点点火火后后做做圆圆周周运运动动时时的的速速率率为为V V3 3，试试比比较较V V1 1、V V2 2、V V3 3的的大大小小并并用用小小于于号号将将它它们们排排列列起起 。V V1 1 VV3 3 V V2 2人类航天始祖-万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美国人罗伯特吉姆在1945年出版的火箭与喷射一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。（适当介绍）梦想成真：梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）推进的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年年10月月4日苏联日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年年4月月12日日 苏联苏联 加加林加加林 东方一号载人飞船东方一号载人飞船人类何时登上月球1969年年7月月16日日9时时32分，美国分，美国 阿波罗阿波罗11号升空，号升空，19日进入月球轨日进入月球轨道，道，20日下午日下午4时时17分着陆，分着陆，10时时56分阿姆斯特朗踏上月面分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃却是巨大飞跃人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾v蒂托蒂托v2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。中国航天事业中国航天事业19921992年载人航天工程正式启动年载人航天工程正式启动20032003年年1010月月1515日日9 9时，神州时，神州5 5号宇宙号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行第一位航天员杨利伟送入太空绕行1414圈，圈，1010月月1616日日6 6时时2323分降落在内蒙分降落在内蒙古主着陆场古主着陆场中国成为世界上第三个独立开展载中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家人航天活动的国家神舟六号发射升空神舟六号发射升空费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜神舟七号出舱神舟七号出舱神七英雄神七英雄 一个人最完美和最强烈的情感来自面对一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之迷！不解之迷！让我们为祖国的强盛而骄傲！F1F2F3赤道平面赤道平面北北南南东东西西人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 尤里尤里加加林加加林 1961年4月12日，苏联宇航员尤里加加林乘坐东方1号航天器，绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于变成现实。