6.5宇宙航行Y.ppt

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1、 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星发抛出的石头会落地，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？射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RmvRGMm22skmsmvRGM/9.7/62411104.61089.51067.6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

2、心力向心力Rvmmg2skmsmgRv/9.7/104.68.96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）（环绕速度）（环绕速度）v 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

3、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；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

4、同步？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（1 1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道度，进入运动轨道注意：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

5、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。如果发射速度大成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。力的束缚，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

6、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。v2 v1 v4 v3三、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，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、同步卫星与地球自转方向一致。致。2、同步卫星的运转周期与地球、同步卫星的运转周期与地球自转周期一致，是自转周期一致，是24h。所以同步卫。所以同步卫星的角速度与地球自转的角速度相星的角速度与地球自转的角速度相等。等。3、同步卫星的轨道平面与

7、赤道、同步卫星的轨道平面与赤道平面共面。平面共面。4、同步卫星的高度一定。、同步卫星的高度一定。5、同步卫星的环绕速度大小一定相、同步卫星的环绕速度大小一定相等。等。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、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：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：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

8、，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根据量子理论，光子有动量：根据量子理论，光子有动量：p=h/，因此，因此光照到物体表面，光子被物体吸收或反射都光照到物体表面，光子被物体吸收或反射都会对物体产生会对物体产生“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”太空望远镜太空望远镜2003年年2月月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返日

9、，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，航天飞机上地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的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难人全部遇难。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

10、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，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五号宇宙飞船升空的中国第一位航天员杨利

11、伟国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，

12、v=3.1km/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krT32rvmrMmG22绕星球运动绕星球运动mgrMmG2在星球表面在星球表面 【1 1】19901990年年3 3月，紫金山天文台将该台发现的月，紫金山天文台将该台发现的27522752号号小行星命名为小行星命名为“吴健雄星吴健雄星”。将其看作球形，直径为。将其看作球形，直径为32km32km，它的密度和地球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫星它的密度和地球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫星环绕其表面附近运转。求此卫星的环绕速度。（地球半径环绕其表面附近运

13、转。求此卫星的环绕速度。（地球半径取取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=rv=r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,

14、/r,可知卫星所受的向心力将变为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 22 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各自所在的高度上各自所在的高度上的重力加速度大小分别

15、为的重力加速度大小分别为g1、g2，则（，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

16、D.b与与c的周期之比的周期之比RrrRRrrRrRD 【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，关于航天飞机的运动，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（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 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,将卫星送入同步圆轨道将卫星送入同步圆轨道3.3.