宇宙航行课件(人教版必修2).ppt

6.5 宇宙航行宇宙航行ABCDOV0以平抛运动为模型的推理过程地球地球牛顿人造卫星原理图 牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。为人造地球卫星。R问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不问题一：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？会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量地球质量M=5.891024kg,地球半径地球半径R=6400km)法一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（若已知地球表面（若已知地球表面g=9.8m/s2）法二法二：在地面附近，重力提供：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力物体作圆周运动的向心力思考思考: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？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？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？注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度运行速度运行速度运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度发射速度发射速度发射速度发射速度 指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度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r r大大,需要的需要的v v发射发射大；而大；而v v运行运行却小却小因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。所以向高轨道发射卫星比向低轨的引力做的功多。所以向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。道发射卫星难。发射速度发射速度v7.9km/s,v7.9km/s,物体会落回地面物体会落回地面发射速度发射速度v=7.9km/s,v=7.9km/s,物体会在地面附物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动近绕地球做匀速圆周运动发射速度发射速度7.9km/s v 11.2km/s,7.9km/s v 11.2km/s,物体绕地球运转，但轨迹是椭圆物体绕地球运转，但轨迹是椭圆 当物体的发射速度等于或大于当物体的发射速度等于或大于11.2km/s11.2km/s时，时，物体就会物体就会挣脱地球引力挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运行。而是绕太阳运行。第二宇宙速度第二宇宙速度11.2km/s11.2km/s（脱离速度）（脱离速度）第三宇宙速度第三宇宙速度16.7 km/s（逃逸速度）如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s16.7km/s时，时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。的宇宙空间去。总结：总结：发射速度发射速度v v 运动情况运动情况v7.9km/sv7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s v 11.2km/s7.9km/s v 11.2km/s11.2km/sv 16.7km/s11.2km/sv 16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体落回地面物体在地面附近绕地物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体绕太阳运动物体飞出太阳系物体飞出太阳系P地球地球2.轨道中心轨道中心 地心地心1._ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力人造地球卫星人造地球卫星赤道轨道极地轨道其它轨道思考与讨论、如图所示，思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？一条？提示：卫星作圆周提示：卫星作圆周运动的向心力必须运动的向心力必须指向地心指向地心思考：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，角速度越）离地面越高，角速度越（4 4）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（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1234 思考:观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系系?v1v2=v3v4T1T2=T32=34思考：1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度会相撞吗？2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体如何运动？3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航员处于什么状态？4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cDa卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大D例例例例7 7 7 7如图如图4 4所示，所示，a a、b b、c c是在地球大气层外圆形是在地球大气层外圆形轨道上运动的轨道上运动的3 3颗卫星，下列说法正确的是（）颗卫星，下列说法正确的是（）练习：练习：求近地卫星的周期求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？地球同步卫星地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。r v w T a “全部固定全部固定”T=1天=86400秒h=36000KmV=3.07Km/s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。练练练练习习习习：同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星是是是是指指指指相相相相对对对对于于于于地地地地面面面面不不不不动动动动的的的的人人人人造造造造地地地地球球球球卫卫卫卫星，关于同步卫星的说法中正确的是（星，关于同步卫星的说法中正确的是（星，关于同步卫星的说法中正确的是（星，关于同步卫星的说法中正确的是（）A A它它它它可可可可以以以以在在在在地地地地面面面面上上上上任任任任一一一一点点点点的的的的正正正正上上上上方方方方，且且且且离离离离地地地地心心心心的的的的距离可按需要选择不同值距离可按需要选择不同值距离可按需要选择不同值距离可按需要选择不同值 B B它它它它可可可可以以以以在在在在地地地地面面面面上上上上任任任任一一一一点点点点的的的的正正正正上上上上方方方方，但但但但离离离离地地地地距距距距离离离离是一定的是一定的是一定的是一定的 C C它它它它只只只只能能能能在在在在赤赤赤赤道道道道的的的的正正正正上上上上方方方方，但但但但离离离离地地地地心心心心的的的的距距距距离离离离可可可可按按按按需要选择不同值需要选择不同值需要选择不同值需要选择不同值DD它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的定的定的定的 D各种各样的卫星例例1：关于宇宙速度，下列说法正确的是：（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的 最小发射速度B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行 的最小速度C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时 的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小 速度A例例2：关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的ACD1、若某一人造地球卫星运行时，它的天线、若某一人造地球卫星运行时，它的天线断开，断开的天线将如何运动？断开，断开的天线将如何运动？2在绕地球做匀速圆周运动的太空实验在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室内，下列仪器中不能正常使用的是室内，下列仪器中不能正常使用的是A弹簧秤弹簧秤 B天平天平C酒精温度计酒精温度计 D秒表秒表 小试牛刀：小试牛刀：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，要想让其在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？在低轨道上加速，使其在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿再次加速，即可使其沿高轨道运行。高轨道运行。.卫星变轨问题卫星变轨问题v vF F引引引引12v v2 2F F引引引引L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v2 2v3 3vv非非远远地地点点变变轨轨向向高高轨轨卫卫星星的的发发射射卫卫星星的的回回收收1 1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道轨道轨道轨道1 1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道2 2运行；最后再次点运行；最后再次点运行；最后再次点运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道3 3。轨道。轨道。轨道。轨道1 1、2 2相切于相切于相切于相切于P P点，点，点，点，2 2、3 3相相相相切于切于切于切于QQ点。当卫星分别在点。当卫星分别在点。当卫星分别在点。当卫星分别在1 1、2 2、3 3上正常运行时，以下上正常运行时，以下上正常运行时，以下上正常运行时，以下说法正确的是（说法正确的是（说法正确的是（说法正确的是（）n nA A、在轨道、在轨道、在轨道、在轨道3 3上的速率大上的速率大上的速率大上的速率大于于于于1 1上的速率上的速率上的速率上的速率n nB B、在轨道、在轨道、在轨道、在轨道3 3上的角速度上的角速度上的角速度上的角速度小于小于小于小于1 1上的角速度上的角速度上的角速度上的角速度n nC C、在轨道、在轨道、在轨道、在轨道2 2上经过上经过上经过上经过QQ点时点时点时点时的速率等于在轨道的速率等于在轨道的速率等于在轨道的速率等于在轨道3 3上经过上经过上经过上经过QQ点时的速率点时的速率点时的速率点时的速率n nD D、在轨道、在轨道、在轨道、在轨道1 1上经过上经过上经过上经过P P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2 2上上上上经过经过经过经过P P点时的加速度点时的加速度点时的加速度点时的加速度QQP P231BD19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 二 梦想成真中国的航天成就中国的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射一号月球探测器发射成功成功20032003年年1010月月1515日日神舟五号神舟五号杨利伟杨利伟20052005年年1010月月1212日日神舟六号神舟六号费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜20082008年年9 9月月2525日日神舟七号神舟七号翟志刚刘伯明翟志刚刘伯明景海鹏景海鹏V0BAC1、人造卫星、人造卫星2、宇宙速度、宇宙速度第一宇宙速度：第一宇宙速度：第一宇宙速度：第一宇宙速度：V V1 1=7=7.9km/s.9km/s，卫星，卫星，卫星，卫星刚好能在地表附近作圆周动刚好能在地表附近作圆周动刚好能在地表附近作圆周动刚好能在地表附近作圆周动（1 1、近地卫星的环绕速度；近地卫星的环绕速度；近地卫星的环绕速度；近地卫星的环绕速度；2 2、卫星的最小、卫星的最小、卫星的最小、卫星的最小发射速度；发射速度；发射速度；发射速度；3 3、圆轨道的最大环绕速度）、圆轨道的最大环绕速度）、圆轨道的最大环绕速度）、圆轨道的最大环绕速度）第二宇宙速度：第二宇宙速度：第二宇宙速度：第二宇宙速度：V V2 2=11=11.2km/s,.2km/s,卫星卫星卫星卫星挣脱地球引力束缚挣脱地球引力束缚挣脱地球引力束缚挣脱地球引力束缚第三宇宙速度：第三宇宙速度：第三宇宙速度：第三宇宙速度：V V3 3=16=16.7km/s.7km/s,卫星卫星卫星卫星挣脱太阳引力束缚挣脱太阳引力束缚挣脱太阳引力束缚挣脱太阳引力束缚3、地球同步卫星、地球同步卫星小结