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(共26張PPT)
7.4 宇宙航行
1.知道宇宙三大速度，并能會推導第一宇宙速度。
2.知道同步衛星和其他衛星的區別，能分析、解決人造地球衛星運動的較簡單的問題。
3.了解宇宙航行的歷程和進展。
前面咱們學拋運動，也就是說在地面上拋出一個物體，水平初速度越大，拋出的水平距離也就越遠。如果水平速度足夠大的話，物體呢就不會落回地面。
牛頓猜想，拋出速度很大時，物體就不會落回地面，這個速度有多大呢？
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度
（1）推導
簡單認為衛星在地球表面附近（R=r）繞地球做勻速圓周運動：
方法一：飛行器運動所需的向心力是由地球對它的萬有引力提供，即
方法二：黃金代換法
m
v
r
（2）數值
已知地球質量或重力加速度g，算出v＝_______，這就是物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫作第一宇宙速度。
7.9km/s
（3）物理意義
①第一宇宙速度是使人造衛星能繞地球做勻速圓周運動的最小發射速度；
②第一宇宙速度也是人造衛星繞地球做勻速圓周運動時的最大運行速度（ ）；也就是緊貼地面的運行速度。
（4）別稱：環繞速度
2.第二宇宙速度
理論研究指出，在地面附近發射飛行器，如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于 11.2 km/s 時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。我們把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
（1）大小：v2＝11.2 km/s
（2）物理意義：
衛星逃離地球引力的束縛，成為繞太陽運動 的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發射速度。
（3）別稱：逃逸速度
2.第二宇宙速度
3.第三宇宙速度
達到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 這個速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。
（1）大?。簐3＝16.7 km/s
（2）物理意義：
衛星脫離太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發射速度。
（3）別稱：脫離速度
3.第三宇宙速度
三個宇宙速度的對比
數值 意義
第一宇宙速度 7.9km/s (1)衛星在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的速度(2)人造衛星的最小地面發射速度
第二宇宙速度 11.2km/s 使衛星掙脫地球引力束縛的最小地面發射速度
第三宇宙速度 16.7km/s 使衛星掙脫太陽引力束縛的最小地面發射速度
1.人造地球衛星軌道的分類
二、人造衛星
（1）赤道軌道：衛星的軌道在赤道平面上，衛星始終處于赤道上方。
（2）極地軌道：衛星軌道平面與赤道平面垂直，衛星通過兩極上空。
（3）一般軌道：衛星軌道和赤道成一定的角度。
（4）近地軌道：衛星軌道在地球表面附近。
2.人造衛星的軌道：
（1）衛星繞地球運行的軌道可以是橢圓，也可以是圓軌道；
（2）衛星繞地球做橢圓軌道運動時，地心是橢圓的一個焦點，其周期和長半軸滿足開普勒第三定律；
（3）衛星繞地球做圓軌道運行時，由于地球對衛星的萬有引力提供了衛星繞地球運動的向心力，地心必然是衛星運行軌道的圓心。
★“高軌低速長周期”
3.人造地球衛星的運行規律
a
b
c
GM
r2
=
GM
4π2r3
4.人造地球衛星的分類
（1）近地衛星：
指衛星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。
（2）同步衛星的“六個一定”
①軌道平面一定：赤道平面
②周期與角速度一定：T=24h
⑤運轉方向一定:自西向東
③軌道半徑一定: r=6.6R
④速度大小一定: v=3.08km/s
⑥向心加速度的大小一定:
三、載人航天與太空探索
1961 年 4 月 12 日，蘇聯航天員加加林進入了東方一號載人飛船。實現了人類進入太空的夢想。
1969 年 7 月 16 日 9 時 32 分，運載阿波羅 11 號飛船的土星 5 號火箭在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。
7 月 20 日下午 10 時 56 分，指揮長阿姆斯特朗踏上月面并說出了那句載入史冊的名言：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍。
2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標志著中國成為世界上能夠獨立開展載人航天活動的國家。在載人航天方面，繼神舟五號之后，截至2017年底，我國已經將11名(14人次)航天員送入太空，包括兩名女航天員。
除了載人航天工程，我國還在許多方面進行著太空探索。
自2013年6月起，神舟飛船先后與天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室成功完成交會對接試驗。2021年4月29日，具備長期自主飛行能力的天和核心艙成功發射。2022年12月2日，中國航天員乘組完成首次在軌交接，中國空間站正式開啟長期有人駐留模式。中國空間站作為中國人的太空家園，在為人類的太空探索和空間技術進步貢獻著中國力量。
在我國的探月工程與深空探測任務中，嫦娥四號于2019年1月3日實現了人類航天器首次月球背面軟著陸與巡視探測。嫦娥五號于2020年12月1日著陸于月球的天船基地，共獲取月球樣品1 731 g，成為人類歷史上無人自動采集月球樣品最多的一次。2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星，祝融號火星車隨后開展了探測火星巡視區形貌和地質構造等任務，并傳回科學影像圖，這標志著我國首次火星探測任務取得圓滿成功。
1.（多選）下列關于三種宇宙速度的說法正確的是（　　）
A．第一宇宙速度7.9 km/s是人造衛星繞地球做勻速圓周運動的最大運行速度
B．第一宇宙速度v1=7.9 km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，則人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2
C．第二宇宙速度是使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的小行星的最小發射速度
D．我國發射的“天問一號”火星探測器，其發射速度大于第三宇宙速度
AC
2.衛星定位導航系統使人們可以更順利地到達目的地，我國“北斗三號”導航系統的收官之星是地球靜止軌道衛星，其軌道半徑約為地球半徑的7倍，則該地球靜止軌道衛星（　　）
A．發射速度一定大于11.2 km/s
B．線速度一定小于7.9 km/s
C．軌道可能是橢圓
D．可以經過蘇州正上空
B
3.如圖所示，是同一軌道平面內的三顆人造地球衛星，下列說法正確的是(　　)
A.線速度vA＜vB＜vC
B.根據萬有引力定律，可知FA＞FB＞FC
C.角速度ωA＞ωB＞ωC
D.向心加速度aA＜aB＜aC
C
4.木星的衛星之一叫艾奧，它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為18 m/s時，上升高度可達90 m。已知艾奧的半徑為R＝1 800 km，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，忽略艾奧的自轉及巖塊運動過程中受到稀薄氣體的阻力，求：
(1)艾奧的質量；
(2)艾奧的第一宇宙速度。
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（環繞速度）:
第二宇宙速度（逃逸速度）:
第三宇宙速度（脫離速度）:
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
人造地球衛星
載人航天與太空探索
人造地球衛星軌道的分類
人造地球衛星的運行規律
人造地球衛星的分類

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