6.5_宇宙航行-xhy

第六章万有引力与航天宇宙航行万户飞天约当14世纪之末，有一位中国的官吏官职为万户，但其姓名没有明文记载，因此后人也把他叫做万户了，他在一把座椅的背后，装上47枚当时能买到的最大火箭。他把自己捆绑在椅子的前边，两只手各拿一个大风筝。然后叫他的仆人同时点燃47枚大火箭，其目的是想借火箭向前推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方。他的目标是月亮……”牛顿人造卫星原理图牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9.7/62411104.61089.51067.6法二：重力提供物体作圆周运动的向心力skmsmgRv/9.7/104.68.96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)（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）一宇宙速度1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s．它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度．说明：（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．２、第二宇宙速度（脱离速度）这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了．v3=16.7km/s线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系rGMv3rGMGMrT322rGMa？：思考：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）环绕速度：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．三、地球同步卫星1.周期T=_______24h2.轨道平面___________赤道平面r、v、ω、T、an3.h=_________36000km“全部固定不变”（如何求？）思考：同步卫星的哪些物理量是不变的呢？同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星探究问题二：人造卫星的轨道（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？abc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？PQ设在小圆轨道P点处的速度为V1，椭圆轨道P点处的速度为V2，椭圆轨道Q点处的速度为V3,大圆轨道Q点处的速度为V4,试比较四个速度的大小关系V2V1V4V3第一颗人造卫星1957年10月4日前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星——人造地球卫星1号，它开创了人类历史的新纪元，标志着人类离开地球开始走向宇宙。第一次成功载人航天飞行1961年4月12日，前苏联首先成功发射载人航天飞船——“东方一号”。尤里·加加林成为进入太空的第一人。第一次成功登月1969年7月20日，美国阿波罗11号第一次成功完成登月任务，阿姆斯特朗成为了首次踏上月球的人。小结：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:rTmrmrmvrMmG222224二、三种宇宙速度：v1=7.9km/s．（会推导）v2=11.2km/sv3=16.7km/s