6.5宇宙航行（共33张ppt）

(共33张PPT)
第
5
节：宇宙航行
嫦娥奔月的神话传说
敦煌壁画的
飞天图腾
万户飞天的勇敢尝试
好奇是点燃智慧的火种，仰望星空，浩瀚的太空充满神秘，探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空，自古以来就是人类的梦想，那么，怎么实现它呢？
在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？
速度大的水平位移大，落地点较远
如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？
牛顿的猜想
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
牛顿曾设想，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，如果速度足够大，
物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
一、人造卫星的发射原理
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周
运动
基本思路：向心力由地球对卫星的
万有引力提供
请同学们计算：已知地球半径
R
=
6400
km，地球质量
M
=
6.0×1024
kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度
g，如何求宇宙第一速度
v
？
由
则
由此可见，v
=
7.9
km/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，称为第一宇宙速度。
1.
第一宇宙速度：v
=
7.9
km/s
(地面附近、匀速圆周运动）
2.
第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2
km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
3.
第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。
二、宇宙速度
16.7
km/s
称为第三宇宙速度
“旅行者1号”探测器
1988
年飞出太阳系
运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。
发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。
注意：
（1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。
（2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
v发射
v运行
例1.
发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，如果它的轨道半径是地球半径的
4
倍，它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有
设第一宇宙速度为
v1，卫星的轨道速度为
v2
1.
A
星球的第一宇宙速度为
9
km/s，已知
B
星球的质量是
A
星球质量的
1/81，A
星球半径是
B
星球半径的
4
倍，则在
B
星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为
km/s。
2
例2.
关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（
）
A.
它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.
它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.
它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.
它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
BC
三、人造卫星的运动规律
1.
卫星绕地球的运动和受力特点
卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F引
=
F向
2.
卫星的动力学方程
(
r
–
v
–
ω
–
T
的关系
)
r
R
地球
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
例3.
人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（
）
A.
半径越大，速率越大，周期越小
B.
半径越大，速率越小，周期越大
C.
所有卫星的角速度均相同，与半径无关
D.
所有卫星的速率均相同，与半径无关
B
在地心上
2.现在有几种卫星？
按用途分类:通信卫星;气象卫星
按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星
1.卫星轨道的圆心在哪儿？
各种各样的卫星……
2.
下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是
(
)
卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的
D
A
B
C
D
四、地球同步卫星（通信卫星）
1.
所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T
＝
24
h。
2.
所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上
，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
3.
地球同步卫星的特点：“五个一定”
（1）周期一定：T
=
24
h
（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
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球
h
例4.
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
处？
3.
关于地球同步卫星，下列说法正确的是（
）
A.
它的运行速度小于
7.9
km/s
B.
它的运行速度大于
7.9
km/s
C.
它的周期是
24
h，且轨道平面与赤道平面重合
D.
每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
ACD
例5.
求近地卫星的周期
我们能发射一颗周期为80
min的卫星吗？
五、梦想成真
阿波罗登月
“先驱者”10
号太空探测器
1972
年
3
月
2
日发射升空，1986
年
6
月飞出太阳系。
“卡西尼”号土星探测器
1997
年
10
月
15日发射升空，2004
年
1日飞抵土星。
美国“凤凰”号火星探测器
2007
年
8
月
4日发射升空，2008
年
5月
25日在火星着陆。
一、人造卫星的原理
二、宇宙速度
1.
第一宇宙速度（环绕速度）
v1
=
7.9
km/s
2.
第二宇宙速度（脱离速度）
v2
=
11.2
km/s
3.
第三宇宙速度（逃逸速度）
v3
=
16.7
km/s
三、人造卫星的运动规律
四、同步卫星
1.
周期
T
=
24
h
2.
卫星轨道平面与地球赤道平面重合
五、梦想成真
1.
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∶1
B.
线速度之比
v1∶v2
=
3∶1
C.
向心力之比
F1∶F2
=
1∶9
D.
向心加速度之比
a1∶a2
=
1∶9
D
2.
如图所示，a、b、c
是在地球大气层外圆形轨道上运动
的
3
颗卫星，下列说法正确的是（
）
A.
b、c
的线速度大小相等，且大于
a
的线速度
B.
b、c的向心加速度大小相等，且大于
a
的向心加速度
C.
c加速可追上同一轨道上的
b，b
减速可等候同一轨道上
的
c
D.
a卫星由于某原因，轨道半径
缓慢减小，其线速度将增大
D
3.
根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度
v
与该层到土星中心的距离
R
之间的关系。下列判断正确的是
(
)
A.
若
v
与
R
成正比，则环为连续物
B.
若
v2与
R
成正比，则环为小卫星群
C.
若
v
与
R
成反比，则环为连续物
D.
若
v2与
R
成反比，则环为小卫星群
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