7.4宇宙航行 课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
§7.4
宇宙航行
年
级：高一年级
学
科：物理（人教版）
主讲人：赵红伟
学
校：涞水实验中学
1
通过牛顿设想了解卫星发射原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3
了解人类探索宇宙航天的进程和我国航天事业的成就。
教学目标及任务
2
能够正确描述和解释人造卫星的运行规律，并清晰解释同步卫星的运行规律。
现今，在地球的上空有很多人造地球卫星在环绕地球运动，那么，同学们思考，我们怎么样才能实现把卫星发射上天空不再落回地面？
同学们思考
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
牛顿设想手稿
对人造地球卫星进行受力分析：
卫星围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供卫星运动所需向心力,即：F万=F向心
牛顿的设想中，将物体抛出后成为一颗人造卫星的速度有多大呢？
设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度为v，它到地心的距离为r
由：
若是近地卫星，飞行高度（卫星所在位置距地面的距离）为h=100~200km，地球半径R=6400km，可认为在“地面附近”飞行，则r≈R，可得v=7.9km/s。
解得：
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发射速度，叫作第一宇宙速度
高轨道卫星和近地卫星哪个运行速度大一些？
思考与讨论1
我们一起认识一下发射速度和运行速度这两个概念
发射速度：被发射物体离开地面时的速度
运行速度：卫星在稳定轨道上运行时的线速度
由
可知：r越大，v越小；近地卫星的运行速度要大一些。即V=7.9km/s
为最大运行速度。
宇宙速度
第一宇宙速度：v=7.9km/s，“最小发射速度”
“最大运行速度”。
思考与讨论2
有人说，第一宇宙速度也可以用
（式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？
由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速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
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会怎样呢？
宇宙速度
2、第二宇宙速度：v=11.2km/s，物体会克服地球的引力，永远离开地球。
说明：若速度大于7.9km/s
而小于11.2km/s，物体绕地球运动的轨迹不是圆，是椭圆，但还在地球的引力范围之内。
3、第三宇宙速度：v=16.7km/s，物体会挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外。
地球
v2=11.2km/s
v3=16.7km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
v1=7.9km/s
由F引=Fn知轨道平面
一定经过地球中心。
问题：哪条轨道可能是人造卫星的运行轨道？
ABC
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
思考:同步卫星的轨道属于哪一种？
卫星运行规律
同步卫星
1、同步卫星：相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自西向东同步地做匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面重合，T＝24h.
2、同步卫星的高度h（距地表的距离）
由F引=Fn有：
h
R
同步卫星
为了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。
空间位置是一种极其有限的资源。
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
“五个一定”
（1）周期一定：T=24h
（2）高度一定:
在赤道上空
（3）速率、角速度一定
（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
地球同步卫星的特点
1
1957年10月4日，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。
3
1969年7月20日阿姆斯特朗成功登陆月球表面，并留下了那句载人史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃”
载人航天与太空探索
2
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并成功返回，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
1
1970年7月24日我国第一颗人造卫星升空。
3
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功。
我国的航天成就
2
2003年10月15日，神舟五号宇宙飞船把我国第一位宇航员杨利伟成功送入太空。
4
2011年9月29日天宫一号发射成功，11月天宫一号和神舟八号成功对接
5
2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空，当月14日在月球上完成软着陆。
我国的航天成就
6
2017年4月20日，我国发射了货运飞船天舟一号，与天宫二号空间站进行了3次交会对接及多项实验。
1、阅读教材
作业及反馈
2、下载并完成课后作业