《宇宙航行》课件(精品).ppt

两两条条基基本本思思路路1、万有引力、万有引力等于等于重力重力2、万有引力、万有引力提供提供向心力向心力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”梦梦各种各样的卫星一、宇宙速度平抛运动演示平抛运动演示平抛运动演示平抛运动演示让物体做平抛运动初速度逐渐增大让物体做平抛运动初速度逐渐增大问问题题情情境境思考讨论一思考讨论一思考讨论一思考讨论一:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？通过观看动画回答下列问题：通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变化平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变化？2、在速度足够大的情况下，运动通过的地面还是水在速度足够大的情况下，运动通过的地面还是水平的吗？平的吗？3、若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样物体将会怎样?试大胆猜想。试大胆猜想。越来越远越来越远物体不再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。物体不再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。不是不是思考？思考？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。牛顿关于卫星的设想牛顿关于卫星的设想牛顿的设想过程思考讨论二思考讨论二思考讨论二思考讨论二:物体要想成为地球的卫星，速度应该多大？物体要想成为地球的卫星，速度应该多大？物体要想成为地球的卫星，速度应该多大？物体要想成为地球的卫星，速度应该多大？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对对它它的的万万有有引引力力全全部部提提供供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。问问题题：月月球球绕绕着着地地球球转转要要受受到到地地球球对对它它的的吸吸引引力力,但但是是为为什什么月亮不会落到地面上来么月亮不会落到地面上来?方案一：方案一：若已知：地球若已知：地球的质量的质量M=5.981024kg,半径半径R=6400km，引力常，引力常量量G=6.6710-11Nm2/kg2探究探究：物体在地球表面附：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速近做匀速圆周运动的线速度及周期度及周期方案二：方案二：若已知：地球若已知：地球表面重力加速度表面重力加速度g=9.8m/s2,地球的半径地球的半径R=6400km.探究探究：物体在地球表面附：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速近做匀速圆周运动的线速度及周期度及周期探究一：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度和周期探究一：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度和周期分组探究方案一：方案一：若已知：地球的质量为若已知：地球的质量为 半径半径R=6400km，引力常量，引力常量探究：物体在地球表面附近运行的线速度及探究：物体在地球表面附近运行的线速度及周期周期建立模型方案二方案二 若已知：地球表面的重力加速度若已知：地球表面的重力加速度g=地球的半径地球的半径R=6400km探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期度及周期解：解：第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,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，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度.（不同天体有各自的第一宇宙速度。如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落回地面。）阅读教材并回答：三种宇宙速度（发射速度）阅读教材并回答：三种宇宙速度（发射速度）二、人造地球卫星运动规律探究二：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系吗？1234r越大（高），v越小r越大，越小r越大，T越大r越大，an越小思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是最小速度？r最小，是最大环绕速度。向高轨道发射向高轨道发射卫星时卫星时,需要的需要的初速度大，因为初速度大，因为火箭克服地球对火箭克服地球对卫星的引力而做卫星的引力而做更多的功更多的功,对火对火箭的要求更高一箭的要求更高一些些,所以比较困所以比较困难。难。思考讨论三思考讨论三:将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？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？哪一个更容易？为什么？发射速度：发射速度：发射速度：发射速度：卫星在地面附近卫星在地面附近卫星在地面附近卫星在地面附近离开发射装置离开发射装置离开发射装置离开发射装置的初的初的初的初速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠速度。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、进入自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入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。运动轨道。运动轨道。运动轨道。注意注意注意注意宇宙速度均指发射速度宇宙速度均指发射速度宇宙速度均指发射速度宇宙速度均指发射速度运行速度：运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。圆周运动的线速度。注意注意:卫星的实际环绕速卫星的实际环绕速度一定不大于发射速度度一定不大于发射速度.v环绕环绕v发射发射思考：第一宇宙速度是发射卫星的最大速度还是最小速度？r最小，是最小发射速度。归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大运行速度。如图所示，如图所示，A、B、C、D四条轨道中四条轨道中不能不能作为卫作为卫星轨道的是哪一条？星轨道的是哪一条？思考讨论四：人造地球卫星的运行轨道思考讨论四：人造地球卫星的运行轨道 人造地球卫星人造地球卫星F1F2F3赤道平面赤道平面北北南南东东西西轨道中心轨道中心 地心地心_ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上轨道上 三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道：赤道轨道赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方始终处于赤道上方极地轨道极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空直，卫星通过两极上空一般轨道一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道人造地球卫星的运行轨道“高轨低速长周期高轨低速长周期”人造卫星的轨道人造卫星的轨道极地轨道极地轨道一般轨道一般轨道赤道轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆所有卫星都在以地心为圆心的轨道上心的轨道上(原因原因？）？）平面平面立体立体赤道平面赤道平面人造卫星的轨道近地卫星 近地卫星是指卫星的轨道半径近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。分钟。其向心力由万有引力提供。25 二月 2023练习：求近地卫星的周期练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周我们能否发射一颗周期为期为80min的卫星？的卫星？地球同步卫星地球同步卫星 问题问题4 4：你能否：你能否形象的描述它的轨道形象的描述它的轨道？轨道与赤道重合轨道与赤道重合卫星位于赤道的正上卫星位于赤道的正上方的方的某一高度某一高度 同同步步卫卫星星：相相对对于于地地面面静静止止，公公转转周周期期和和地地球球自自转转周周期期相相同同的的卫卫星星。1特点：定周期：T=24h=86400s定点：相对于地面静止。定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空定高度：由定速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此线速度、角速度大小均不变定加速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半径即确定，因此向心加速度大小也不变5.5.同步卫星的个数同步卫星的个数大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有步通讯卫星只能有120120颗。可见，空间位置也颗。可见，空间位置也是一种资源。是一种资源。3.3.同步卫星的高度同步卫星的高度 h h为固定值（为固定值（h=35786Kmh=35786Km）4.同步卫星速度同步卫星速度h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运行、沿圆轨道正常运行只受重力只受重力a=g完全失重完全失重与重力有关的现象全部消失与重力有关的现象全部消失天平天平弹簧秤测重力弹簧秤测重力液体压强计液体压强计七、卫星变轨七、卫星变轨VF引F引引F向向F引引F向向卫星变轨原理卫星变轨原理MmA点速度点速度内小外大内小外大（在（在A点看轨迹）点看轨迹）在在A点万有引力点万有引力相同相同A思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让其在，要想让其在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？在在低轨道上加速低轨道上加速，使其沿，使其沿椭椭圆轨道圆轨道运行，当行至椭圆轨运行，当行至椭圆轨道的道的远点远点处时再次处时再次加速加速，即，即可使其沿可使其沿高轨道运行高轨道运行。卫星变轨原理卫星变轨原理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力万有引力相同相同速度速度内小外大内小外大（切点看轨迹）（切点看轨迹）2 2、卫星在椭圆轨道运行、卫星在椭圆轨道运行近地点近地点-速度速度大大，动能大，动能大远地点远地点-速度速度小小，动能小，动能小v vF F引引引引12R卫星在圆轨卫星在圆轨道运行速度道运行速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理v v3 3F F引引引引L卫星变轨原理卫星变轨原理使使使使卫卫卫卫星星星星进进进进入入入入更更更更高高高高轨轨轨轨道道道道做做做做圆圆圆圆周周周周运运运运动动动动v3 3v4 4卫卫星星的的回回收收