宇宙航行課件

1、5 宇宙航行,1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)。,2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。,3.知道發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別。,嫦娥奔月,敦煌的飛天壁畫,思考：地面上的物體，怎樣才能離開地球？,牛頓的猜想,牛頓的手稿,想一想:物體初速度達(dá)到多大時(shí)就可以發(fā)射成為一顆人造衛(wèi)星呢?,一、人造衛(wèi)星的發(fā)射原理,方法一：由于衛(wèi)星在地球附近環(huán)繞時(shí)，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力可看作由重力提供，根據(jù)牛頓第二定律得,方法二：衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬有

2、引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得,由此可見：V=7.9km/s，這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具備的最小發(fā)射速度，稱為：第一宇宙速度,在地面附近發(fā)射飛行器，如果它的速度大于7.9km/s會(huì)怎樣呢？,1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）,2.第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的吸引，不再繞地球運(yùn)行。我們把這個(gè)速度叫作第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受

3、到太陽(yáng)的引力。,3.第三宇宙速度：如果物體的速度大于或等于16.7km/s，物體就擺脫了太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去。這個(gè)速度叫第三宇宙速度。,二、宇宙速度,16.7km/s稱為第三宇宙速度。,“旅行者1號(hào)”探測(cè)器1988年飛出太陽(yáng)系,運(yùn)行速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。,,發(fā)射速度：指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的水平初速度。,,注意：（1）第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,最大的環(huán)繞速度。 （2）發(fā)射高軌道衛(wèi)星比

4、發(fā)射低軌道衛(wèi)星困難，原因是發(fā)射高軌道衛(wèi)星時(shí)火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α?V發(fā)射,例1.發(fā)射一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球半徑的4倍,它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？,解:萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律有,整理得,設(shè)第一宇宙速度為v1,衛(wèi)星的軌道速度為v2,練習(xí)1.A星球的第一宇宙速度為9km/s，已知B星球的質(zhì)量是A星球質(zhì)量的1/81，A星球半徑是B星球半徑的4倍，則在B

5、星球上發(fā)射“近地衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為 km/s。,解:,整理得,2,例2.關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中正確的是 （ ）A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B.它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)行速度C.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)近地點(diǎn)的速度,BC,三、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1.衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)

6、和受力特點(diǎn),衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力。F引 = F向,2.衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)方程 (r-V-ω-T的關(guān)系),地球,,,,,,,,,,VTω,r,R,r,M m,,,,,,,,,,,,,,地球,,思考：對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越_____________ （2）離地面越高，線速度越_____________（3）離地面

7、越高，周期越_______________（4）離地面越高，角速度越_____________（5）離地面越高，向心加速度越_________,小,大,小,小,小,例3.人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（ ）A.半徑越大，速率越大，周期越小B.半徑越大，速率越小，周期越大C.所有衛(wèi)星的角速度均相同，與半徑無關(guān)D.所有衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān),B,四、人造衛(wèi)星的超重和失重,1.發(fā)射和回收階段,

8、發(fā)射,,加速上升,,超重,回收,,減速下降,,超重,2.沿圓軌道正常運(yùn)行,只受重力,,a = g,,完全失重,與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失,天平,彈簧秤測(cè)重力,液體壓強(qiáng)計(jì),思考：衛(wèi)星軌道的圓心在哪兒？分析：所有衛(wèi)星的圓心都在地心上。,思考：現(xiàn)在有幾種衛(wèi)星？,按用途分類:通信衛(wèi)星;氣象衛(wèi)星,按軌道分類:基地衛(wèi)星;赤道衛(wèi)星;其他衛(wèi)星,各種各樣的衛(wèi)星……,例4.下列軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道的是

9、 （ ）,衛(wèi)星是圍繞地球的中心繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的,D,五、地球同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）,1.所謂地球同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地面靜止的人造衛(wèi)星，它在軌道上跟著地球自轉(zhuǎn)，同步地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它的周期：T＝24h。,2.所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方的一個(gè)確定軌道上 ，即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合，衛(wèi)星離地面高度為定值。,3.地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：“五個(gè)一定”（1）周期一定：T=24h

10、（2）高度一定: 在赤道上空（3）速率、角速度一定（4）軌道平面一定：與地球赤道平面共面,三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。,練習(xí)2.求同步衛(wèi)星離地面高度,地球同步衛(wèi)星能否位于廈門正上方某一確定高度h處？,例5.關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ）A.它的運(yùn)行速度小于7.9km/sB.它的運(yùn)行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且軌道平面與赤道平面重合D.每一個(gè)地球同步衛(wèi)星離開地面的高度是一樣的,A

11、CD,練習(xí)3.求近地衛(wèi)星的周期,我們能發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星嗎？,總結(jié)： 凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運(yùn)動(dòng)方程，即:,重力=萬有引力=向心力,1.兩顆恒星均圍繞共同的旋轉(zhuǎn)中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，即兩顆恒星受到的向心力大小相等。3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時(shí)刻三點(diǎn)共線，即兩顆恒星角速度相同，周期相同。,雙星運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：,,,,,,六、“雙星”問題： “雙星” 由兩顆

12、繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)的恒星組成。對(duì)于其中一顆來說，另一顆就是其“伴星”。,黑洞,七、夢(mèng)想成真,阿波羅登月,神州五號(hào),神州七號(hào),嫦娥一號(hào),太空站,美國(guó)“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器2007年8月4日發(fā)射升空，2008年5月25日在火星著陸。,“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器1997年10月15日發(fā)射升空，2004年1日飛抵土星。,“先驅(qū)者”10號(hào)太空探測(cè)器1972年3月2日發(fā)射升空，1986年6月飛出太陽(yáng)系。,1.兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,軌

13、道半徑之比R1∶R2=3∶1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是( )A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.線速度之比v1∶v2=3∶1C.向心力之比F1∶F2=1∶9 D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9,D,2.如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（ ）A.b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心

14、加速度C.c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的cD.a衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將增大,D,3.根據(jù)觀察，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷該環(huán)是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群，可測(cè)出環(huán)中各層的線速度V與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系。下列判斷正確的是 （ ）A.若V與R成正比，則環(huán)為連續(xù)物B.若V2與R成正比，則環(huán)

15、為小衛(wèi)星群C.若V與R成反比，則環(huán)為連續(xù)物D.若V2與R成反比，則環(huán)為小衛(wèi)星群,AD,A,B,4.如圖所示，有A、B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相同，A衛(wèi)星的周期為T1，B衛(wèi)星的周期為T2，在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星第一次相遇（即兩衛(wèi)星相距最近）求：1.多長(zhǎng)時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇？ 2.多長(zhǎng)時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次最遠(yuǎn)？,一、人造衛(wèi)星的原理二、宇宙速度 1.第一宇宙速度（環(huán)繞速度） v1=7.9km/s 2.第二宇