宇宙航行

6.5宇宙航行中国人的飞天梦外国人的“飞天”梦飞天之梦的历史我们需要给物体以多大的速度,它才会不落回到地面呢?思考：在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。简称人造卫星。以平抛运动为模型的推理过程地球牛顿人造卫星原理图一、宇宙速度牛顿设想R方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得66.37109.8m/s7.9km/svgR2vmgmR这个速度应该有多大呢？方法二：卫星做圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得22MmvGmrr112466.67105.8910m/s7.9km/s6.3710GMvr方法三：把地球看成拱型桥mg-N=mv2/r当N=0时2vmgmR66.37109.8m/s7.9km/svgR•方法四：根据平抛特点来看：ABDCO△ABC与△ADB相似2BCACCD212()2()2CDRhACRhgtBCvt212ACgthRhR,ACR,故2CDR222122vtgtR7.9/vgRkms•思考：你是否还有其他方法，求出物体不再落回地面，所需要的最小速度？•思考：若在其他星球表面发射卫星，所需最小的速度又如何求？由此可见：V=7.9km/s这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小速度，称为：第一宇宙速度（环绕速度）1、第一宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎么样呢？牛顿设想在地面附近发射飞行器，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，那么它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆。V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s如果速度继续增加，达到或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球，成为绕太阳运动的一颗人造行星我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度(逃逸速度)思考：如何求出第二宇宙速度？2、第二宇宙速度3、第三宇宙速度（脱离速度）：①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．316.7km/sv②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了．4、人造卫星的发射速度和运行速度发射速度与运行速度是两个不同的概念．（1）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．（2）运行速度（环绕速度）：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度．22MmvGmrr人造卫星的运行v、ω、T、a与r的关系2224MmGmrrT22MmGmrr2MmGmarGMvr3GMr234rTGM2GMarRFVrmM1.卫星离地心越远，它的v,w,a就越小，T越大。Q:把卫星向高轨道发射，高度越高，难度越大还是越小？2.向高轨道发射卫星的难度较大，火箭需要做较多的功,这就要求其发射速度较大。(就像爬楼梯一样)22MmvGmrr2224MmGmrrT22MmGmrr2MmGmarGMvr3GMr234rTGM2GMar因此第一宇宙速度是最小的发射速度，也是卫星绕地球旋转的最大环绕速度。r大,v发射大;而v环绕却小练习：求近地卫星的周期631124(6.3710)23.146.67105.9810s地GMrT32我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？35.061084.3mins5、人造卫星的轨道（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心F引F1F2赤道平面北南东西各种各样的卫星……卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道思考：这三种轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？地球同步卫星能否位于南京正上方某一确定高度h？6、地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。rvwTa“全部固定”T=1天=86400秒h=36000KmV=3.07Km/s•思考：同步卫星与一般卫星有什么区别？•思考：至少要几颗同步卫星才可以覆盖到全球的区域？可见，空间位置也是一种资源。7、发射同步卫星的一种程序（卫星变轨问题）BA先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地的圆轨道上，在卫星经过A点时点火加速（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的A，远地点为同步圆轨道上的B点），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。两次点火过程都使卫星沿切线方向加速，并且点火时间很短。发射同步卫星的一种程序设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在A点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点B时的速率为v3，在B点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小.发射同步卫星的一种程序Bv2v3Av4v1设卫星在近地圆轨道上A点的加速度a1，沿椭圆轨道上运行到A点的加速度a2，到达远地点B时的速率为a3，在B点短时间加速后进入同步轨道后的加速度为a4。试比较a1、a2、a3、a4的大小.8、梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年10月4日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年4月12日苏联加加林东方一号载人飞船人类何时登上月球1969年7月16日9时32分，美国阿波罗11号升空，19日进入月球轨道，20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃中国航天事业1992年载人航天工程正式启动2003年10月15日9时，神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈，10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家神舟六号发射升空宇航员聂海胜太空中拍照片费俊龙聂海胜空地通话两位宇航员凯旋归来•视频：黑洞•视频：嫦娥奔月广阔的宇宙，有着许许多多这样炫目的场面！但这些都应该是可以被我们人类所认知的。一定会有那样的一天，人类真正的翱翔于茫茫宇宙之中！