高中物理宇宙航行.ppt

第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天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古人的梦想古人的梦想嫦娥奔月 敦煌壁画敦煌壁画——飞天飞天万户飞天万户飞天万户飞天万户飞天.mpg.mpg世界上第一个想利用火箭飞行的人世界上第一个想利用火箭飞行的人 1414世纪世纪儒勒儒勒··凡尔纳凡尔纳 （（1828-19051828-1905））法国科幻小说家法国科幻小说家外国人的 “飞天”梦 齐奥尔科夫斯基 于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论首次指出利用喷气推进的多级火箭是实现太空飞行的工具梦想成真梦想成真 在科学技术欠发达的古代，在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月嫦娥奔月”只能是只能是美丽的传说美丽的传说 1957年年10月月4日，前苏联成功地发射日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元 1961年年4月月12日，前苏联成功地发射了第一日，前苏联成功地发射了第一艘艘“东方号东方号”载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。

载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕 1969年年7月月20日，美国日，美国“阿波罗阿波罗”11号飞船的登陆舱号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想球的理想……　　 2003年年10月月15日，中国宇航员杨日，中国宇航员杨利伟乘坐利伟乘坐“神舟五号神舟五号”飞船绕行地球飞船绕行地球14圈圈……　　 　　人类进入了航天时代人类进入了航天时代……03.wmv 　　　　19571957年年1010月，苏联发射月，苏联发射第一颗人造地球卫星第一颗人造地球卫星19611961年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进船进入太空，实现了人类进入太空的梦想入太空的梦想19691969年年7 7月月2020日，阿波罗日，阿波罗1111号将人类送上了月球号将人类送上了月球△..\录像.MPG19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升第一颗人造卫星升空空 二二 梦想成真梦想成真2 2 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◇b.avi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▽..\我国的宇航事业.wmv3 3 展望未来展望未来美国美国““凤凰凤凰””号火星探测器号火星探测器20072007年年8 8月月4 4日发射，日发射，20082008年年5 5月月2525日在火星着陆。

日在火星着陆卡西尼卡西尼””号土星探测器号土星探测器19971997年年1010月月1515日发射升空，日发射升空，20042004年年1 1日飞抵土星日飞抵土星先驱者先驱者”10”10号号太空探测器太空探测器19721972年年3 3月月2 2日发射升空，日发射升空， 19861986年年6 6月飞出太阳系月飞出太阳系光子火箭光子火箭《星球大战》《星球大战》超光速飞船超光速飞船“ “千年隼千年隼” ”号号• • • • •19861986年美国挑战者号航天飞机爆炸年美国挑战者号航天飞机爆炸年美国挑战者号航天飞机爆炸年美国挑战者号航天飞机爆炸牛顿的设想牛顿的设想 牛顿就曾设想牛顿就曾设想, 从高山上用从高山上用不同的水平速度抛出物体不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大速度一次比一次大,则落点则落点一次比一次远一次比一次远,如不计空气如不计空气的阻力的阻力,当速度足够大时当速度足够大时, 物物体就永远不会落到地面上体就永远不会落到地面上来来,而围绕地球旋转而围绕地球旋转,成为一成为一颗人造地球卫星了颗人造地球卫星了. 牛顿对人造卫星原理的描绘牛顿对人造卫星原理的描绘牛顿设想的人造卫星原理图牛顿设想的人造卫星原理图一、宇宙速度一、宇宙速度一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度v =7900m/s 物体物体在地面附近在地面附近绕地球做匀速圆周运动的绕地球做匀速圆周运动的线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。

线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度624111037. 61098. 5 1067. 6×××= =- -×m/s一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路基本思路1：：万有引力万有引力提供提供向心力向心力 GMvR= ==7900m/s =7.9km/sv =7900m/s 是地球卫星的是地球卫星的最大运行速度最大运行速度!一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路基本思路2：：重力重力提供提供向心力向心力一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度适用于计算任一天体的第一宇宙速度适用于计算任一天体的第一宇宙速度或或或或例：发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫例：发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星星,如果它的轨道半径是地球半径的如果它的轨道半径是地球半径的4倍倍,它它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？解解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根据牛顿第二定律有据牛顿第二定律有整理得整理得设第一宇宙速度为设第一宇宙速度为 ,卫星的轨道速度为卫星的轨道速度为 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度练习练习1、、A星球的第一宇宙速度为星球的第一宇宙速度为9km/s。

已知已知B星星球的质量是球的质量是A星球质量的星球质量的1/81，，A星球半径是星球半径是B星球半径的星球半径的4倍，则在倍，则在B星球上发射星球上发射“近地卫近地卫星星”的环绕速度约为的环绕速度约为 km/s解:整理得整理得GMvr=1、第一宇宙速度、第一宇宙速度 人造卫星在地面附近做圆周运动的周期人造卫星在地面附近做圆周运动的周期=84.6min最小周期最小周期一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度或：或：=842 . 6minRTvπ=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发射速度：发射速度： 指被发射物体离开地面时的水平初速度指被发射物体离开地面时的水平初速度一、宇宙速度一、宇宙速度v =7900m/s 是地球卫星的是地球卫星的最小发射速度最小发射速度!3 3 3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度、第三宇宙速度、第三宇宙速度（（（（逃逸速度逃逸速度逃逸速度逃逸速度）：）：）：）：v v =16.7=16.7千米千米千米千米/ /秒秒秒秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度、第一宇宙速度（（环绕速度环绕速度）：）：v =7.9千米千米/秒秒（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）2 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度（（（（脱离速度脱离速度脱离速度脱离速度）：）：）：）：v v =11.2=11.2千米千米千米千米/ /秒秒秒秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）或或或或一、宇宙速度一、宇宙速度 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16.7km/s16.7km/s称为第三宇宙速度称为第三宇宙速度旅行者旅行者”1”1号探测器号探测器19881988年飞出太阳系年飞出太阳系 练习练习2、、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率动，其速率 （（ ））A、一定等于、一定等于7.9km/sB、等于或小于、等于或小于7.9km/sC、一定大于、一定大于7.9km/sD、介于、介于7.9 km/s~11.2km/s之间之间B二、人造地球卫星二、人造地球卫星1、、基本思路：基本思路：万有引力（重力）万有引力（重力）提供提供向心力向心力2、卫星运行速度、角速度、周期与半径的关系：、卫星运行速度、角速度、周期与半径的关系：（（（（r r 越大，越大，越大，越大，T T 越大）越大）越大）越大）（（（（r r 越大，越大，越大，越大，v v 越小）越小）越小）越小）（（（（r r 越大，越大，越大，越大，ω ω越小）越小）越小）越小）（（（（R R为地球的半径，为地球的半径，为地球的半径，为地球的半径，h h为卫星距地面的高度）为卫星距地面的高度）为卫星距地面的高度）为卫星距地面的高度）二、人造地球卫星二、人造地球卫星3、、地球同步卫星：地球同步卫星：相对于地面静止且相对于地面静止且 与地球自转周期相同的卫星与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。

叫地球同步卫星F1F2F3赤道平面赤道平面北北南南东东西西所有同步卫星都具有如下特点：所有同步卫星都具有如下特点：1.只能分布在一个确定的只能分布在一个确定的赤道轨道赤道轨道上 2.周期与地球自转的周期与地球自转的周期相同周期相同:T＝＝24h 角速度角速度ω与地球的自转角速度相同与地球的自转角速度相同 离地面离地面高度高度:h=36000km 线速度线速度: v =3.1km/s同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星———————— 与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星1. 1.为为为为了了了了同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星之之之之间间间间不不不不互互互互相相相相干干干干扰扰扰扰，，，，大大大大约约约约3°3°左左左左右右右右才才才才能能能能放放放放置置置置1 1颗颗颗颗，，，，这这这这样样样样地地地地球球球球的的的的同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星只只只只能能能能有有有有120120颗颗颗颗可可可可见见见见，，，，空空空空间间间间位置也是一种资源位置也是一种资源位置也是一种资源位置也是一种资源2. 2.同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星主主主主要要要要用用用用于于于于通通通通讯讯讯讯。

要要要要实实实实现现现现全全全全球球球球通通通通讯讯讯讯，，，，只只只只需需需需三三三三颗颗颗颗同步卫星即可同步卫星即可同步卫星即可同步卫星即可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 太太原原卫卫星星发发射射中中心心 相信通过同学们努力学习，一定会相信通过同学们努力学习，一定会 为我国的航天事业贡献一份力量！为我国的航天事业贡献一份力量！7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s第一宇宙速度第一宇宙速度是地球卫星的是地球卫星的最大运行速度最大运行速度 是地球卫星的是地球卫星的最小发射速度最小发射速度一、宇宙速度一、宇宙速度万有引力万有引力(重力重力)提供提供向心力向心力二、人造地球卫星二、人造地球卫星同步卫星特点：同步卫星特点： 赤道轨道赤道轨道 周期周期周期周期T T＝＝＝＝2424h h 高度高度高度高度h h=36000km =36000km 线速度线速度线速度线速度 v v =3.1km/s=3.1km/s作业作业P44: 1、、3。