高中物理宇宙航行.

第六章万有引力与航天两条基本思路1、万有引力等于重力2RMmGmgGgRM22GMgR黄代换：＝金2、万有引力提供向心力22222()MmvGmammrmrrrT向2324rMGT古人的梦想嫦娥奔月敦煌壁画——飞天万户飞天万户飞天.mpg世界上第一个想利用火箭飞行的人14世纪儒勒·凡尔纳（1828-1905）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。梦想成真在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。1957年10月4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纪元。1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。1969年7月20日，美国“阿波罗”11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球的理想……2003年10月15日，中国宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”飞船绕行地球14圈……人类进入了航天时代……03.wmv1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。△..\录像.MPG1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空二梦想成真2中国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功◇b.avi2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏▽..\我国的宇航事业.wmv3展望未来美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射，2008年5月25日在火星着陆。“卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。“先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系光子火箭《星球大战》超光速飞船“千年隼”号•••1986年美国挑战者号航天飞机爆炸牛顿的设想牛顿就曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了.牛顿对人造卫星原理的描绘牛顿设想的人造卫星原理图一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度v=7900m/s物体在地面附近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。22MmvGmrrGMvr624111037.61098.51067.6×××-×m/s一、宇宙速度1、第一宇宙速度建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路1：万有引力提供向心力GMvR=7900m/s=7.9km/sv=7900m/s是地球卫星的最大运行速度!一、宇宙速度1、第一宇宙速度建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路2：重力提供向心力22MmvmgGmRR69.86.3710/7.9/vgRmskms＝一、宇宙速度1、第一宇宙速度适用于计算任一天体的第一宇宙速度22MmvmgGmRRvgRGMvR或1.1.地球半径为地球半径为RR，质量为，质量为MM，地面附近的重力加，地面附近的重力加速度为速度为gg，万有引力常量为，万有引力常量为GG，则靠近地面运转的，则靠近地面运转的人造地球卫星环绕速度为（人造地球卫星环绕速度为（））ARg.RBg.3GMCR.GMDR.2vmgmvgRR22GMmvGMmvRRRADAD例：发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？211212vrvr2112vv解: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22MmvGmrr整理得设第一宇宙速度为,卫星的轨道速度为1v2vGMvr1、第一宇宙速度练习1、A星球的第一宇宙速度为9km/s。已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为km/s解:22MmvGmrr整理得29BBAAABvMrvMr22/9BAvvkmsGMvr1、第一宇宙速度人造卫星在地面附近做圆周运动的周期2224MmGmRRT=π2MmmgGR=2gRT=π=84.6min最小周期一、宇宙速度1、第一宇宙速度或：=842.6minRTvπ=运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度V运行V发射发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度一、宇宙速度v=7900m/s是地球卫星的最小发射速度!3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）2、第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）22MmvmgGmRRvgRGMvR或一、宇宙速度如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，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。16.7km/s称为第三宇宙速度。“旅行者”1号探测器1988年飞出太阳系练习2、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率（）A、一定等于7.9km/sB、等于或小于7.9km/sC、一定大于7.9km/sD、介于7.9km/s~11.2km/s之间B二、人造地球卫星1、基本思路：万有引力（重力）提供向心力222224rTmrmrrvmMmG22MmvGMGmvrrr223MmGMGmrrr232224()MmrGmrTrTGM2、卫星运行速度、角速度、周期与半径的关系：（r越大，T越大）（r越大，v越小）（r越大，ω越小）rRh（R为地球的半径，h为卫星距地面的高度）二、人造地球卫星3、地球同步卫星：相对于地面静止且与地球自转周期相同的卫星叫地球同步卫星。F1F2F3赤道平面北南东西所有同步卫星都具有如下特点：1.只能分布在一个确定的赤道轨道上。2.周期与地球自转的周期相同:T＝24h。角速度ω与地球的自转角速度相同。离地面高度:h=36000km。线速度:v=3.1km/s。同步卫星——与地球相对静止的人造卫星2T2223224MmGmRhTRhGMThR-解得:代入数据得：代入数据得：hh=3.6=3.6××101077((mm))已知：地球的质量已知：地球的质量MM＝＝5.895.89××10102424kgkg半径半径RR＝＝6.376.37××101066mm，，自转周期自转周期TT＝＝2424hhGG＝＝6.676.67××1010－－1111NN··mm22／／kgkg22。。设同步卫星的高度为设同步卫星的高度为hh，质量为，质量为mm。它绕地。它绕地球运动所需的向心力由万有引力提供。球运动所需的向心力由万有引力提供。hhRRMMmmTTrr1.为了同步卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。西昌卫星发射中心酒泉卫星发射基地太原卫星发射中心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！7.9km/s11.2km/s16.7km/s第一宇宙速度是地球卫星的最大运行速度是地球卫星的最小发射速度22MmvGMmgGmvvgRRRR或一、宇宙速度万有引力(重力)提供向心力22223232(),,2,MmvGmammrmrrrTMGMrGMaGvTrrGMr向向2222MmMmgGgGrrrGMrRggGMRR（距地心处的重力加速度）在地面，或（黄金关系式）二、人造地球卫星同步卫星特点：赤道轨道周期T＝24h高度h=36000km线速度v=3.1km/s作业P44:1、3