高一物理必修2--宇宙航行1-ppt

瑞安五中物理余贤财2008年高一资料嫦娥奔月外国人的飞天梦古人的梦想一、牛顿的设想----发射人造卫星自然哲学的数学原理2.最小的发射速度是多少?思考1.卫星绕地球运动的运动特点和受力特点?1.卫星绕地球运动的运动和受力特点?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=Fn二、卫星的动力学方程?(r-V-ω-T的关系)地球VTωrRrMm22222TmrmrrVmrMmG探究：地球人造卫星的运行规律卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系1、绕行速度v与r的关系rv2、角速度ω与r的关系3、周期T与r的关系4、向心加速度a与r的关系线速度,角速度,周期与轨道半径的关系？(2)由ＧMm/r2＝ｍω２ｒ得:ω=3rGM(3)由F引＝mr(2π/T)2得：Ｔ＝２πGMr3(1)由Ｇ得:ｖrvmrMm22rGM∴卫星离地心越远，它运行的周期越大！∴卫星离地心越远，它运行的速度越小！地球动画演示第5节宇宙航行“高轨低速长周期”112466.67105.891016.3710/7.9/GMRvmskms这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。二、近地卫星的运行速度是多少呢？11226.6710/GNmkg已知：66.3710Rm245.8910Mkg练习：求近地卫星的周期631124(6.3710)23.146.67105.8910s地GMrT32我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？35.071084.5mins自主探究：计算第一宇宙速度已知：地球的质量M=5.98×1024kg,半径R=6400km,引力常量G=6.67×1011N·m2/kg-2,如何求第一宇宙速度？第5节宇宙航行1、第一宇宙速度一、宇宙速度物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。skmv/9.7环绕速度思考：若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km,能否求出第一宇宙速度？脱离速度当物体的速度等于或大16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。逃逸速度2、第二宇宙速度当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。3、第三宇宙速度第5节宇宙航行3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）2、第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）22MmvmgGmRRvgR或RGMv小结第5节宇宙航行1、第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、匀速圆周运动）2、第二宇宙速度：发射物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱当离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。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：如果发射物体的速度等于或大于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。三、宇宙速度------几个特殊的发射速度（最小的发射速度）【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。练习：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.四、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．四、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．四、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.四、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．注意:卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.(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.课堂练习1、同步卫星是指相对于地球不动的人造卫星，则下面说法正确的是（）A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的D2、我们国家从1999年至今已经多次将“神舟”号宇宙飞船送入太空。在某次试验中，飞船在空中飞行了36h，环绕24圈。那么，同步卫星与飞船在轨道上正常运行相比较()A．卫星运转周期比飞船大B．卫星运转速度比飞船大C．卫星运转加速度比飞船大D．卫星离地高度比飞船大AD(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？学生思考(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(3)发射速度和卫星绕地球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?【探究问题三】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=3.1km/s＜v1=7.9km/s【探究问题三】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=3.1km/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】线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：rGMv练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：rGMv3rGM练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：rGMv3rGMGMrT32练习：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：rGMv3rGMGMrT322rGMa练习：h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球练习：近地卫星、同步卫星、月球三者比较「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______「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「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______小小「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______小大小小大小小「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「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______练习：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？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:小结:rTmrmrmvrMmG222224rTmrmrmvrMmG222224二、三种宇宙速度：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:v1=7.9km/s．（会推导）v2=11.2km/sv3=16.7km/s小结:人类航天始祖----万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美国人罗伯特·吉姆在1945年出版的《火箭与喷射》一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。（适当介绍）航天科学的三位先驱齐奥尔科夫斯基于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭。航天科学的三位先驱戈达德1926年他研制出世界上第一枚液体火箭航天科学的三位先驱•冯·布劳恩第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂。冯·布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V-2。V-2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。人类遨游太空回顾•尤里·加加林•1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号航天器，绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务，使人类遨游太空的梦想终于变成现实。1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升空，作围绕地球48圈的飞行，成为人类第一位进入太空的女性，并为此荣获苏联英雄称号。人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾•尼尔·阿姆斯特朗巴兹·奥尔德林•1969年7月20日，美国宇航员巴兹·奥尔德林（如图）和尼尔·阿姆斯特朗（头盔中影像）乘“阿波罗”11号飞船首次登上月球。人类遨游太空回顾•布鲁斯·麦坎德利斯•1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员布鲁斯·麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺，完成了人类首次无安全索太空行走人