資源簡介

(共26張PPT)
第七章 萬有引力與宇宙航行
第4節(jié) 宇宙航行
1 知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會計算第一宇宙速度．(重點)　
2 掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系．(重點)　
3 理解近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的區(qū)別．(難點)　
4 掌握衛(wèi)星的變軌問題．(難點)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
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目錄 /CONTENTS
宇宙速度
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人造地球衛(wèi)星
計算天體的載人航天與太空探索密度
新課引入
1.登月過程需要解決的問題？
（1）如何讓嫦娥五號飛出地球？
（2）如何讓嫦娥五號飛向月球？
（3）如何讓航天器飛向宇宙？
新課引入
2、（1）拿一支粉筆水平拋出，粉筆做什么運動？
（2）在相同高度使拋出時的速度更大一些，與第一次拋出有什么區(qū)別？
（3）是否可以一直運動不掉下來？為什么會這樣呢？
可以看作平拋運動
水平飛出的距離更遠(yuǎn)
不可以，因為受到重力作用，粉筆會向下運動。
新課引入
如圖所示，在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個速度究竟有多大嗎？
一、宇宙速度
思考：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的速度， 叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。
1.第一宇宙速度的分析與計算
(1)環(huán)繞法：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力
一、宇宙速度
1.第一宇宙速度的分析與計算
思考：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
(2)拱橋法：當(dāng)支持力為0時，重力提供物體作圓周運動的向心力。
mg
FN
一、宇宙速度
（2）是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度
2.是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度
（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9×103km/s;
1.第一宇宙速度的分析與計算
發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。
剛好貼著地球表面
更高的軌道
因此第一宇宙速度也是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。
一、宇宙速度
2.認(rèn)識第二宇宙速度
理論研究指出，在地面附近發(fā)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(dāng)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(yuǎn)離開地球。我們把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
一、宇宙速度
3.認(rèn)識第三宇宙速度
達(dá)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(fā)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）。
注意：在地面發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡不是圓，而是橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。
一、宇宙速度
數(shù)值 意義
第一宇宙速度 ___km/s (1)衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做_____________的速度
(2)人造衛(wèi)星的最小地面發(fā)射速度
第二宇宙速度 ____km/s 使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的最小地面發(fā)射速度
第三宇宙速度 ____km/s 使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的_____地面發(fā)射速度
7.9
勻速圓周運動
11.2
地球
16.7
太陽
最小
二、人造衛(wèi)星
錢學(xué)森
中國航天之父
我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”
自首顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射后，人類已經(jīng)發(fā)射數(shù)千顆人造地球衛(wèi)星，目前在軌有效運行的衛(wèi)星有上千顆，其中通信、導(dǎo)航、氣象等衛(wèi)星已極大地改變了人類的生活。
二、人造衛(wèi)星
二、人造衛(wèi)星
（一）人造地球衛(wèi)星的軌道特點
1、衛(wèi)星繞地球運動的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．
(1)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時，地心是橢圓的一個焦點，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律．
(2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運動時，因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力，而萬有引力指向地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心．
(3)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任一角度，如圖所示．
二、人造衛(wèi)星
二、人造衛(wèi)星
二、人造衛(wèi)星
3.人造地球衛(wèi)星的分類
（1）近地衛(wèi)星：
指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。
二、人造衛(wèi)星
3.人造地球衛(wèi)星的分類
（2）同步衛(wèi)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(zhuǎn)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:
二、人造衛(wèi)星
（3）同步衛(wèi)星的用途：
主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。
三、載人航天與太空探索
1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入稱為第一個進(jìn)入太空的人類。
1969年阿波羅登月，阿姆斯特朗說了那名言：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言,卻是巨大飛E躍。”
課堂小結(jié)
宇宙航行
宇宙速度
第一宇宙速度（環(huán)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(wèi)星
載人航天與太空探索
近地衛(wèi)星
極地衛(wèi)星
同步衛(wèi)星
課堂檢測
1.若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為( 　　)
A.16 km/s B.32 km/s
C.4 km/s D.2 km/s
A
課堂檢測
2.如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是(　　)
A.線速度vA＜vB＜vC
B.根據(jù)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
課堂檢測
3.設(shè)地球的質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)角速度為ω，萬有引力常量為G，同步衛(wèi)星離地心高度為r，地表重力加速度為g，則關(guān)于同步衛(wèi)星的速度v的表達(dá)式正確的是（　　）
A． B．
C． D．
ACD
課堂檢測
4.如圖所示，天宮二號在橢圓軌道Ⅰ的遠(yuǎn)地點開始變軌，變軌后在圓軌道Ⅱ上運行，A點離地面高度約為380km，地球同步衛(wèi)星離地面高度約為36000km。若天宮二號變軌前后質(zhì)量不變，則下列說法正確的是（　　）
A．天宮二號在軌道Ⅰ上運行通過近地點B時速度最小
B．天宮二號在軌道Ⅰ上的機(jī)械能小于在軌道Ⅱ上的機(jī)械能
C．天宮二號在軌道Ⅱ上運行的周期一定大于24h
D．天宮二號在軌道Ⅰ上運行通過點A時的加速度一定小于在軌道ⅡA上運行通過點時的加速度
B

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