65宇宙行Y.ppt

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1、宇宙航行宇宙航行 学习目标：学习目标：知识与技能：理解人造卫星发射原理，推导第一宇宙速度，知识与技能：理解人造卫星发射原理，推导第一宇宙速度，知识与技能：理解人造卫星发射原理，推导第一宇宙速度，知识与技能：理解人造卫星发射原理，推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度，简单了解航天发展史。了解第二、第三宇宙速度，简单了解航天发展史。了解第二、第三宇宙速度，简单了解航天发展史。了解第二、第三宇宙速度，简单了解航天发展史。过程与方法：学习科学的思维方法，培养分析推理能力和过程与方法：学习科学的思维方法，培养分析推理能力和过程与方法：学习科学的思维方法，培养分析推理能力和过程与方法：学习科学的思维方

2、法，培养分析推理能力和合理表达的能力。合理表达的能力。合理表达的能力。合理表达的能力。情感态度与价值观：激发学习科学，热爱科学的激情，增情感态度与价值观：激发学习科学，热爱科学的激情，增情感态度与价值观：激发学习科学，热爱科学的激情，增情感态度与价值观：激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。强民族自信心和自豪感。强民族自信心和自豪感。强民族自信心和自豪感。重点：重点：第一宇宙速度的计算及对宇宙速度意义的理解第一宇宙速度的计算及对宇宙速度意义的理解第一宇宙速度的计算及对宇宙速度意义的理解第一宇宙速度的计算及对宇宙速度意义的理解 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星发

3、射抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星发射而不落下来必须具备什么条件？而不落下来必须具备什么条件？问题：问题：牛顿的思考与设想：牛顿的思考与设想：抛出的速度抛出的速度v越越大时，落地点大时，落地点越远，速度不越远，速度不断增大，将会断增大，将会出现什么结果出现什么结果？牛顿的设想过程牛顿的设想过程法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的法二：重力提供物体作圆周运动的向心力向心力探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地探究问题一：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？球表面运动，不会

4、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)（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）1.第一宇宙速度第一宇宙速度（环绕速度）（环绕速度）大小：大小：大小：大小：v v1 1 =7.9km/s=7.9km/s=7.9km/s=7.9km/sv 意义：意义：是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的v 速度，也叫做地面附近的环绕速度。速度，也叫做地面附近的环绕速度。v 即绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，即绕地球做匀速圆周运动的

5、最大运行速度，v 也是最小发射速度；也是最小发射速度；n说明：说明：（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；地面而不能绕地球运转；（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；速圆周运动；一、宇宙速度一、宇宙速度2.2.第二宇宙速度第二宇宙速度大小：大小：大小：大小：v v v v=11.2km/s=11.2km/s=11.2km/s=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力意义：以这个速度发射，

6、物体刚好能克服地球的引力意义：以这个速度发射，物体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。也叫地面附近作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫地面附近作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫地面附近作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫地面附近的逃逸速度。的逃逸速度。的逃逸速度。的逃逸速度。3.3.第三宇宙速度第三宇宙速度大小：大小：大小：大小：v v v v=16.7km/s=16.7km/s=16.7km/s=16.7km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的意义：以这个速度发

7、射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外。束缚而飞到太阳系以外。束缚而飞到太阳系以外。束缚而飞到太阳系以外。abcd探究问题二：探究问题二：（1）如图所示，a、b、c、d三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供，所以必须指向地心（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？二、人造卫星二、人造卫星：1、卫星轨道：赤道平面轨道和极、卫星轨道：赤道平面轨道和极地轨道地轨道极地卫星、同步卫星还是一般卫星 二、人造卫星：二、人造卫星：2 2 2 2、发射速度与运行速度、发射速度与运行速度、发射速度与运行速度、发射速度与运行速度（1 1）发发射射速

8、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 2 2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀）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速圆周运动的线速度当卫星速圆周运动的线速度当卫星速圆周运动的线速度当卫星“贴着贴着贴着贴着”地

9、面运行时，运地面运行时，运地面运行时，运地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度行速度等于第一宇宙速度行速度等于第一宇宙速度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）、）、发射速度大于发射速度大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，卫星绕地，卫星绕地球运动的轨迹球运动的轨迹不是圆不是圆，而是，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。2）、）、发射速度大于发射速度大于11.2km/s，而小，而小于于16.7km/s，卫星绕太阳

10、作椭圆运动，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。的束缚，飞到太阳系以外的空间。v1Pv2Qv3v43、卫星变轨道、卫星变轨道-同步卫星发射同步卫星发射由于技术上的原因，卫星的发射往往要由于技术上的原因，卫星的发射往往要分几个阶段，经过多次变轨后才能定点分几个阶段，经过多次变轨后才能定点于预定的位置。于预定的位置。v2v1v4v3三、同步卫星有以下几个特点：三、同步卫星有以下几个特点：三颗同步卫星作为通讯三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。卫星，

11、则可覆盖全球。（两级有部分盲区）（两级有部分盲区）1、同步卫星与地球自转方向一致。、同步卫星与地球自转方向一致。2、同步卫星的运转周期与地球自转、同步卫星的运转周期与地球自转周期一致，是周期一致，是24h。所以同步卫星的。所以同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等。角速度与地球自转的角速度相等。3、同步卫星的轨道平面与赤道平面共面。同步卫星的轨道平面与赤道平面共面。4、同步卫星的高度一定。、同步卫星的高度一定。5、同步、同步卫星的环绕速度大小一定相等。卫星的环绕速度大小一定相等。航天器的动力航天器的动力航天器的动力航天器的动力航天器的发射一般都由化学燃料火箭完成。航天器的姿态控制、航天器的发射

12、一般都由化学燃料火箭完成。航天器的姿态控制、轨道维持以及远程探测器的运行动力，就不能完全靠化学燃料轨道维持以及远程探测器的运行动力，就不能完全靠化学燃料了。已经实验成功的和正在开展研究的一些方法和途径是：了。已经实验成功的和正在开展研究的一些方法和途径是：采用离子发动机采用离子发动机原理是利用电场加速离子，将离子高速向后喷原理是利用电场加速离子，将离子高速向后喷出，利用反冲使航天器得到加速。出，利用反冲使航天器得到加速。a 采用采用采用采用“太阳帆太阳帆太阳帆太阳帆”根根据据量量子子理理论论，光光子子有有动动量量：p=h/，因因此此光光照照到到物物体体表表面面，光光子子被被物物体体吸吸收收或或

13、反反射射都都会会对物体产生对物体产生“光压光压”。四梦想成真四梦想成真 世界航天世界航天苏联空军少校加加林进入了东方苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。次进入太空。1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星阿波罗阿波罗11号将人类送上了月球号将人类送上了月球“哈勃哈勃”太空望远太空望远镜镜2003年年2月月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇

14、难全部遇难。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。四梦想成真四梦想成真 世界航天世界航天1984年年4月月12日，第日，第一架航一架航天飞机天飞机哥伦比哥伦比亚号发亚号发射成功。射成功。19701970年，年，“东方红东方红”1号，号，中国第一颗人造卫星。中国是中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家第五个能自行发射卫星的国家。四梦想成真四梦想成真 中国航天中国航天 19751975年，返回式遥感卫星，年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地观测，

15、运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家收技术的国家。风云二号风云二号-地球同步轨道地球同步轨道风云一号风云一号-太阳同步轨道太阳同步轨道 虽着我国“神舟系列号、“嫦娥一号发射成功，中国已开始了宇宙探索的新征程四梦想成真四梦想成真 中国航天中国航天2003年年10月月15日日9时随随“神神舟舟”五号宇宙飞船升空的中国五号宇宙飞船升空的中国第一位航天员杨利伟第一位航天员杨利伟1992年，中国载人航天工程正式启动年，中国载人航天工程正式启动西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心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酒泉卫星发射基地

16、酒泉卫星发射基地太原卫星发射中心太原卫星发射中心太原卫星发射中心太原卫星发射中心我国卫星发射基地我国卫星发射基地1、宇宙速度、宇宙速度第一第一宇宙速度宇宙速度7.9km/s，第二宇宙速度第二宇宙速度11.2km/s，第第三宇宙速度三宇宙速度16.7km/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，是在轨道上运行的最轨道上运行的最大速度大速度.2、人造地球卫星、人造地球卫星 1）卫星轨道）卫星轨道 2）卫星速度）卫星速度3、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、高度、高度h、线速度、线速度v一定。一定。T=24h，h=36000km，v=3

17、.1km/s4、梦想成真、梦想成真（1）世界的成就（）世界的成就（2）中国的成就）中国的成就小结：小结：5、解题主线、解题主线绕星球运动绕星球运动mgrMmG=2在星球表面在星球表面 【1 1】19901990年年3 3月，紫金山天文台月，紫金山天文台将该台将该台发现的发现的27522752号小号小行星命名为行星命名为“吴健吴健雄星雄星”。将其看作球形，。将其看作球形，直径为直径为32km32km，它的密度和地球密度它的密度和地球密度相近。若相近。若在此小行星上发射一颗在此小行星上发射一颗卫星卫星环绕其环绕其表面附近运转。求此卫星表面附近运转。求此卫星的环绕速度的环绕速度。（地球半径。（地球半

18、径取取6400km6400km）20m/s 习题精析习题精析 【2】在正在绕地球运行的人造卫星系统内，下列仪在正在绕地球运行的人造卫星系统内，下列仪器还可以使用的有器还可以使用的有()A天平天平B测力计测力计C密度计密度计 D气压计气压计 B B 【3 3】假如一人造地球卫星做圆周运动的轨道半径增假如一人造地球卫星做圆周运动的轨道半径增大到原来的大到原来的2 2倍倍,仍做圆周运动仍做圆周运动.则则 ()()A.A.根据公式根据公式v=v=rr可知卫星的线速度将增大到原来的可知卫星的线速度将增大到原来的2 2倍倍B.B.根据公式根据公式F=mvF=mv2 2/r,/r,可知卫星所受的向心力将变为

19、原可知卫星所受的向心力将变为原 来的来的1/21/2倍倍C.C.根据公式根据公式F=GMm/rF=GMm/r2 2,可知地球提供的向心力将减少可知地球提供的向心力将减少 到原来的到原来的1/41/4倍倍D.D.根据上述根据上述B B和和C C给出的公式给出的公式,可知卫星运动的线速度将减可知卫星运动的线速度将减 少到原来的少到原来的 C C 习题精析习题精析 【4】近地人造卫星近地人造卫星1和和2绕地球做匀速圆周运动的周绕地球做匀速圆周运动的周期分别为期分别为T1和和T2,设在卫星设在卫星1、卫星、卫星2各自所在的高度上的各自所在的高度上的重力加速度大小分别为重力加速度大小分别为g1、g2，则

20、（，则（）A B C D g1g2=T1T24/3g1g2=T2T14/3g1g2=T1T22g1g2=T2T12B 习题精析习题精析 【5】设地球的半径为设地球的半径为Ra为静止在地球赤道上的为静止在地球赤道上的一个物体，一个物体，b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，卫星，c为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r，下，下列说法中正确的是（列说法中正确的是（）A.a与与c的线速度大小之比的线速度大小之比 B.a与与c的线速度大小之比的线速度大小之比C.b与与c的周期之比的周期之比 D.b与与c的周期之比的周期之比D 【

21、6】2009年年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在镜的维修任务后，在A点从圆形轨道点从圆形轨道进入椭圆轨道进入椭圆轨道，B为轨道为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有（动，下列说法中正确的有（）（A）在轨道）在轨道上经过上经过A的速度小于经过的速度小于经过B的速度的速度 （B）在轨道）在轨道上经过上经过A的速度小于在轨道的速度小于在轨道上经过上经过A 的的速度速度 （C）在轨道）在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的上运动的 周期周期 （D）在轨道）在轨道上经过上

22、经过A的加速度小的加速度小 于在轨道于在轨道上经过上经过A的加速度的加速度 习题精析习题精析 ABC 【7】发射地球同步卫星时发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨先将卫星发射到近地圆轨道道1,1,然后点火然后点火,使其沿椭圆轨道使其沿椭圆轨道2 2运行运行,最后再次点火最后再次点火,将将卫星送入同步圆轨道卫星送入同步圆轨道3.3.轨道轨道1,21,2相切于相切于Q Q点点,轨道轨道2,32,3相切相切于于P P点点,如图所示如图所示,则当卫星分别在则当卫星分别在1,2,31,2,3轨道上正常运行轨道上正常运行时时,下列说法中正确的是下列说法中正确的是:()()A.A.卫星在轨道卫星在轨道

23、3 3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1 1上上 的速率的速率B.B.卫星在轨道卫星在轨道3 3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1 1 上的角速度上的角速度C.C.卫星在轨道卫星在轨道1 1上经过上经过Q Q点时的加速度大点时的加速度大 于它在轨道于它在轨道2 2上经过上经过Q Q点时的加速度点时的加速度D.D.卫星在轨道卫星在轨道2 2上经过上经过P P点时的加速度点时的加速度等于它在轨道等于它在轨道3 3上经过上经过P P点时的加速度点时的加速度BDBD 习题精析习题精析 【8】a是地球赤道上一是地球赤道上一栋栋建筑，建筑，b是在赤道平面内作匀是在赤道平面内作匀速速圆圆周运周运

24、动动、距地面、距地面9.6106m的的卫卫星，星，c是地球同步是地球同步卫卫星，星，某一某一时时刻刻b、c刚刚好位于好位于a的正上方（如的正上方（如图图甲所示），甲所示），经经48h，a、b、c的大致位置是的大致位置是图图乙中的（取地球半径乙中的（取地球半径R=6.4106m地球表面重力加速度地球表面重力加速度g=10m/s2,）下下图图正确的是（正确的是（）习题精析习题精析 B B 【9】有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面上重力加速度的处的重力加速度是地面上重力加速度的4倍，则该星倍，则该星球的质量将是地球质量的（球的质量将是

25、地球质量的（）A、1/4倍倍 B、4倍倍 C、16倍倍 D、64倍倍D 习题精析习题精析 【10】已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行倍，则该行星的自转周期约为（星的自转周期约为（）A6小时小时 B.12小时小时 C.24小时小时 D.36小时小时D 【11】太阳系中的太阳系中的8大行星的大行星的轨轨道均可以近似看成道均可以近似看成圆轨圆轨道。下列道。下列4幅幅图图是用来

26、描述是用来描述这这些行星运些行星运动动所遵从的所遵从的某一某一规规律的律的图图像。像。图图中坐中坐标标系的横系的横轴轴是是lg(T/T0),纵轴纵轴是是lg(R/R0),这这里里T和和R分分别别是行星是行星红红太阳运行的周期和相太阳运行的周期和相应应的的圆轨圆轨道半径，道半径，T0和和R0分分别别是木星是木星绕绕太阳运行的周太阳运行的周期和相期和相应应的的圆轨圆轨道半径，下列道半径，下列4幅幅图图中正确的是中正确的是 （）习题精析习题精析 A A 【12】1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄号，该小行星的半径为16km。若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球

27、体，小行星密度与地球相同。已知地球半径R6400km，地球表面重力加速度为g.这个小行星表面的重力加速度为（）A400gBg/400C20gDg/20 B B 习题精析习题精析 【13131313】地球半径为地球半径为地球半径为地球半径为R,R,R,R,地面的重力加速度为地面的重力加速度为地面的重力加速度为地面的重力加速度为g g g g，某卫星，某卫星，某卫星，某卫星距地面的高度也为距地面的高度也为距地面的高度也为距地面的高度也为2R2R2R2R，设卫星做匀速圆周运动，下，设卫星做匀速圆周运动，下，设卫星做匀速圆周运动，下，设卫星做匀速圆周运动，下列说法正确的是（列说法正确的是（列说法正确的

28、是（列说法正确的是（）A A A A、卫星的线速度为、卫星的线速度为、卫星的线速度为、卫星的线速度为 B B B B、卫星的角速度为、卫星的角速度为、卫星的角速度为、卫星的角速度为C C C C、卫星的加速度为、卫星的加速度为、卫星的加速度为、卫星的加速度为g/4 Dg/4 Dg/4 Dg/4 D、卫星的周期为、卫星的周期为、卫星的周期为、卫星的周期为BDBD 习题精析习题精析 【14】两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时，它们两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时，它们之间的万有引力为之间的万有引力为F。若半径为原来两倍的实心大铁球。若半径为原来两倍的实心大铁球紧靠在一起时，则它们之间的万有引力为：（紧靠在一起时，则它们之间的万有引力为：（）A.4FB.2FC.FD.16F D