《宇宙航行上课》PPT课件.ppt

第5节 宇宙航行中中国国人人的的飞飞天天梦梦外国人的外国人的“飞天飞天”梦梦飞天之梦的历史飞天之梦的历史问题问题:一、牛顿关于卫星的设想 地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。1.1.月月球球也也要要受受到到地地球球引引力力的的作作用用,为为什什么么月月亮亮不会落到地面上来不会落到地面上来?问问题题情情境境 由由于于月月球球在在绕绕地地球球沿沿近近似似圆圆周周的的轨轨道道运运转转,此此时时月月球球受受到到的的地地球球引引力力(即即重重力力),),用用来来充充当当绕绕地地球球运运转转的的向向心心力力,故故月球不会落到地面上来月球不会落到地面上来.一、牛顿关于卫星的设想 物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。2.2.若若抛抛出出物物体体的的水水平平初初速速度度足足够够大大,物物体体将将会会怎样怎样?试大胆猜想。试大胆猜想。由由于于地地球球是是一一个个圆圆球球,当当平平抛抛的的水水平平初初速速度度足足够够大大时时,物物体体飞飞行行的的距距离离也也很很大大,故故物物体体不不能能再再 落落回回地地面面,而而成成为为一颗绕地球运转的卫星一颗绕地球运转的卫星.ABCOV0D问题问题:问问题题情情境境 从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。牛顿人造卫星原理牛顿人造卫星原理图图一、牛顿关于卫星的设想 思考？思考？1.1.以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星动的卫星?推导方法一：推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力万有引力提供物体作圆周运动的向心力g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：代入数据得：推导方法二：推导方法二：地表附近，地表附近，重力近似等于万有引力重力近似等于万有引力 人们把人们把7.9km/s这个速度称作这个速度称作第一宇宙速度第一宇宙速度,又叫环绕速度。又叫环绕速度。如果发射速度如小于第一宇宙速度如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将卫星将落到地面落到地面;如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好能贴着地球表面作匀速圆周运动。匀速圆周运动。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小发射速度。二、宇宙速度元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四驾考宝典网 http:/驾考宝典2016科目一 科目四问题问题:若卫星的发射速度大于若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？，会怎样呢？第二宇宙速度第二宇宙速度:物体克服地球引力物体克服地球引力,永远脱离地球的速度永远脱离地球的速度.（脱（脱离速度）离速度）第三宇宙速度第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度飞出太阳系的速度.(逃逸速度逃逸速度)11.2 km/s V 7.9 km/sV=16.7 km/sV=11.2 km/sV=7.9km/s绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁扁”。第第一一宇宇宙宙速速度度:物物体体在在地地表表附附近近绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的速速度度.（环绕速度）（环绕速度）二、宇宙速度1 1、当发射速度为、当发射速度为7.9km/s,7.9km/s,物体恰好环绕地球表面做圆周运动；物体恰好环绕地球表面做圆周运动；2 2、当发射速度大于、当发射速度大于7.9km/s 7.9km/s 时：时：7.9km/s 7.9km/sV11.2km/s,11.2km/s,但环绕速度但环绕速度7.9km/s7.9km/s 物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；11.2km/s 11.2km/sV16.7km/s16.7km/s16.7km/s 物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。二、宇宙速度 表征人造卫星运行状态的物理量有三个表征人造卫星运行状态的物理量有三个:环绕速度环绕速度v,转动半径转动半径r(或或R+h,h为离地的高度为离地的高度)转动周期转动周期T.将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫，则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律 结论：结论：卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。所所以以，第第一一宇宇宙宙速速度度是是发发射射卫卫星星的的最最小小发发射射速速度度，也也是是卫卫星星绕绕地地球球做做圆圆周周运运动动的最大运行速度。的最大运行速度。（补充）：（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别卫星发射速度和卫星运行速度的区别 发射速度：发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道；进入运动轨道；运行速度：运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射人周运动的线速度。所以，第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大速度。的最大速度。三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律问题：问题：将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？一个更大？哪一个更容易？为什么？向向高高轨轨道道发发射射卫卫星星时时,需需要要的的初初速速度度越越大大，火火箭箭克克服服地地球球对对卫卫星星的的引引力力而而作作更更多多的的功功,对对火火箭箭的要求更高一些的要求更高一些,所以比较困难所以比较困难.三、人造地球卫星运行的规律人造地球卫星运行的规律四、课堂练习课堂练习 例例题题:我我国国发发射射的的第第一一颗颗探探月月卫卫星星“嫦嫦娥娥一一号号”的的轨轨道道半半径径是是圆圆形形的的，且且贴贴近近月月球球表表面面。已已知知月月球球质质量量约约为为地地球球质质量量的的1/801/80，月月球球的的半半径径约约为为地地球球半半径径的的1/41/4，地地球球上上的的第第一一宇宇宙宙速速度度约约为为7.9km/s7.9km/s，求求“嫦嫦娥娥一一号号”探探月月卫卫星绕月球运行的速率？星绕月球运行的速率？人类探索太空的过程人类探索太空的过程 1961年，苏联宇航员尤里尤里加加林加加林，完成人类历人类历史上第一次宇宙飞行史上第一次宇宙飞行，人类飞天梦想终于变成现实。1963年，瓦莲蒂娜瓦莲蒂娜捷列什科娃捷列什科娃，人类第一位进入太空的女性人类第一位进入太空的女性。1969年7月20日，美国宇航员尼尼尔尔阿阿姆姆斯斯特特朗朗、迈迈克克尔尔柯柯林林斯斯、巴巴兹兹奥奥尔尔德德林林(上图从左至右)，成功登月成功登月。左图为月球上的奥尔德林，头盔中人影为阿姆斯特朗。19841984年年，美美国国宇宇航航员员布布鲁鲁斯斯麦麦坎坎德德利利斯斯离离开开航航天天飞飞机机320320英英尺尺，完完成成人人类类首首次次无无安安全全索索太太空空行行走。走。20012001年，年，第一位太空游客美国人美国人蒂托(中中)，进入国际空间站，开始太空观，进入国际空间站，开始太空观光。光。布置作业布置作业 1.阅阅读读教教材材后后边边“科科学学漫漫步步”和和“STS”“STS”的材料；的材料；2.将将学学生生分分组组,上上网网查查阅阅黑黑洞洞、同同步步卫卫星星的的相相关关资资料料,并并制制作作汇汇报报PPTPPT或或书书面面报报告告,下下节节课进行交流共享。课进行交流共享。