6.5宇宙航行.ppt新

6.5宇宙航行教学目标：1．了解人造卫星的有关知识．2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．教学重点：第一宇宙速度的推导．教学难点：运行速率与轨道半径之间的关系．一、人造卫星的发射原理二、宇宙速度三、人造卫星的运动规律四、地球同步卫星牛顿就曾设想,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。1、牛顿的猜想一、人造卫星探究:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？想一想:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？22MmvGmrrGMvr卫星离地心越远，它运行的速度越慢。1rv112466.67105.891016.3710/7.9/GMRvmskms这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。11226.6710/GNmkg已知：66.3710Rm245.8910Mkg1、第一宇宙速度（环绕速度）地球半径R=6400km，地球质量M=5.98×1024kg7.9km/GMvsR==第一宇宙速度是：最小的发射速度，最大的环绕速度。计算二、宇宙速度卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度。半径越大，环绕速度越小。17.9/vgRkms法二：——虽然“R大，V小”，但向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。——因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。小大VrrGMV高轨道低轨道向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？如果卫星发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。地心就成为椭圆轨道的一个焦点．2、第二宇宙速度（脱离速度）大小：v=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。当发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。3、第三宇宙速度（逃逸速度）大小：v=16.7km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度。当发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。1、第一宇宙速度：(环绕速度）V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2、第二宇宙速度：(脱离速度)V2=11.2km/sV3=16.7km/s3、第三宇宙速度：（逃逸速度）17.9/GMvkmsR17.9/vgRkms法二：211.2/vkms316.7/vkms→人造行星人造卫星小结：•对于其他的星球以上三个宇宙速度是否变化呢？变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是7.3km/s三.发射速度和运行速度1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。1GMvrr↗v↘①宇宙速度均指发射速度②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度四.人造地球卫星轨道人造地球卫星的轨道圆心在哪儿？轨道特点：万有引力提供向心力.所以轨道平面一定经过地球中心，所以圆心都在地心上赤道卫星极地卫星其他卫星赤道卫星其他卫星探究问题一：思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条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必须指向地心五、人造卫星的运动规律223(2):MmGMGmrrr卫地地卫由得22(1):MmGMvGmvrrr卫地地卫由得232242(3):MmrGmrTrTGM卫地卫地由得可见：v、ω、T与r为一一对应关系练习1：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越（2）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，周期越（4）离地面越高，角速度越（5）离地面越高，向心加速度越小大小小小练习2：有两颗人造地球卫星，均绕地球运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2=4:1，求卫星的：（1）线速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比；练习3：求近地卫星的周期631124(6.3710)23.146.67105.8910s地GMrT32我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？35.071084.5mins1、只能分布在一个确定轨道上，与赤道在同一平面内。2、周期与地球自转的周期相同:T＝24h。3、角速度ω与地球的自转角速度相同。4、离地面高度一定5、线速度是一定值同步卫星的特点六、地球同步卫星（通讯卫星）对同步卫星：其r、v、ω、T、g均为定值同步卫星问题：你能否形象的描述它的轨道？223242GM2()(R)(R)R3.6104hmmhhTGMThkm卫地卫地地地地设卫星离地面高度为由解得h练习：求同步卫星离地面高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h？5.6R地同步卫星的线速度解：万有引力提供向心力故=由此解出v=将地球质量M及轨道半径r带入如何发射同步卫星？同步卫星变轨时的各参量比较v1v3•v2Av1•v3v2B•v1v3•v2Av1v3v2Bv2AAv2BB速度关系：同步卫星变轨时的各参量比较v1v3v2AAv2BB加速度关系：a1A=a2Aa2B=a3B周期关系：T3T2T1比较赤道上的某一点、近地卫星、同步卫星的T、ω、v、a向h=3.6×107mr=4.26×107mv=3.1km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=85分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较22=MmvmgGmrr凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:重力=万有引力=向心力rRhgh式中：是高空处的重力加速度2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是()A、周期之比T1∶T2=3∶1B、线速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9例题分析1、人造地球卫星的轨道半径越大，则()A、速度越小，周期越小B、速度越小，加速度越小C、加速度越小,周期越大D、角速度越小,加速度越大BCD1999年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云1号”气象卫星和“实验5号”科学实验卫星送入离地面870km的轨道，已知地球半径为6400km，这两颗卫星的运动速度约为A、11.2km／sB、7.9km／sC、7.4km／sD、2.1km／sC例题分析