《宇宙航行》(课件)

安化二中高一物理备课组第六章万有引力与航天两条基本思路2RMmGmgGgRM22GMgR黄代换：＝金2、万有引力提供向心力22222()MmvGmammrmrrrT向2324rMGT1、万有引力等于重力2、石头抛出后会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？石头抛出后不落下来必须具备什么条件？1、平时抛出石头时，如果抛出的速度v越大时，落地点越远。如果平抛的初速度不断增大，将会出现什么结果？思考：物体“发射速度”很大时，就不会落回地面.牛顿的思考与设想牛顿设想的人造卫星原理图牛顿人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，它需要的向心力是由谁提供的？设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到地心的距离为r,卫星运动的速度为v，请你用学过的知识推导出卫星在轨道上运动速度v的表达式。若M地=5.98×1024kg,r＝R地=6.40×106m，并计算出运动速度的大小。探究【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？思路一：由于卫星运动所需的向心力是由万有引力提供的，所以rmvrGMm22rGMv对于靠近地面的卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出：skmsmvRGM/9.7/624111037.61089.51067.6km/s9.7gRvRvmmg2意义：显然要使所有人造地球卫星发射到地球上空不掉下来,发射的速度不能低于这个速度,不然会由于地球的引力大于所需的向心力而会使物体掉下来。这个速度是所有人造地球卫星的最小发射速度，又是近地卫星的环绕速度！(若已知地表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)思路二：重力提供物体作圆周运动的向心力思路一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22km/s9.7RGMv【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？（已知G=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km，地表重力加速度g=9.8m/s2，)思路二：重力提供物体作圆周运动的向心力Rvmmg2km/s9.7m/s104.68.96gRv一、宇宙速度(1)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；(2)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；(3)如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．说明：1.第一宇宙速度v1=7.9km/s若发射的速度大于v=7.9km/s会出现什么情况呢?探究意义：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。也叫脱离速度。注意：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；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，成为人造行星。2.第二宇宙速度v2=11.2km/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。注意：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。v3=16.7km/s3.第三宇宙速度二、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：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.注意:卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.①宇宙速度均指发射速度②第一宇宙速度是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问题:如图卫星ａ与ｂ哪个的环绕速度大？发射它们时哪个的发射速度大？哪个周期大？卫星a的发射速度比b的大结论：卫星a的环绕速度比b的小卫星a的环绕周期比b的大探究问题:现在有许多卫星在绕地球稳定飞行，它们的轨道有什么特点?所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上.探究问题:卫星环绕速度、周期Ｔ、角速度ω与轨道半径ｒ（ｒ＝Ｒ＋ｈ）间是何关系？1、线速率：hRGMv2、角速度：3)(hRGM3、周期：GMhRT3)(2结论：ｒ越大，Ｖ越小、ω越小、Ｔ越大探究能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？课堂练习：人造卫星在地球表面附近做圆周运动的周期2224MmGmRRT=π2MmmgGR=2gRT=π=84.6min最小周期或：=842.6minRTvπ=【探究问题二】(1)如图所示，a、b、c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同步？abc同步卫星已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球质量5.89×1024kg,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,若要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的离地面高度h.(2)地球同步卫星的环绕速度v.课堂练习结论：地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。（1）在赤道平面内（2）周期一定T=24h（3）高度一定360km(3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？学生思考：第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：同步卫星速度:v=9.67×102m/s＜v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的发射速度,也是最大的环绕速度结论:【探究问题三】•1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈梦想成真几年之后，1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。梦想成真1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。梦想成真航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。梦想成真2003年2月1日，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，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。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梦想成真1975年，返回式遥感卫星，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面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。1970年，“东方红”1号，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。中国航天梦想成真飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础．1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．梦想成真神舟六号载人航天飞行圆满成功尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？……爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。你想加入破解它的行列吗？梦想成真航天与人类生活1、宇宙速度7.9km/s11.2km/s16.7km/s第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度2、人造地球卫星3、梦想成真（1）世界的成就（2）中国的成就４、航天与人类生活小结