高一物理必修2--宇宙航行1-ppt

嫦娥奔月敦煌飞天的壁画一、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ＧMm/r2＝man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！•由ＧMm/r2＝man得an＝ＧM/r2∴卫星离地心越远，它运行的向心加速度越小！「练习1」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______2、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∶1B、线速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9D112466.67105.891016.3710/7.9/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具有的速度，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第一宇宙速度(7.9km/s)卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，叫第一宇宙速度．将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具有的速度，叫发射速度．轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．因此，第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大速度，也是发射人造地球卫星的最小速度．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3．火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的1／9．问：若要在火星上发射一颗人造卫星，那么该卫星环绕火星的第一宇宙速度是多少?瑞安五中物理余贤财2008年高一资料4、我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？瑞安五中物理余贤财2008年高一资料三、地球同步卫星1、定义所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。rvωTa“全部固定”瑞安五中物理余贤财2008年高一资料圆轨道在赤道平面，即在赤道的正上方；周期与地球自转周期相同，为24小时；绕行方向为自西向东。大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢？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.5.同步卫星的个数大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。3.同步卫星的高度h为固定值（h=35786Km）222mMTRhGmRh2234GMThR4.同步卫星速度2323.1410/RhTvms瑞安五中物理余贤财2008年高一资料2、地球同步卫星的运行特征可概括为四个一定①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24h）③定高度，即离地面高度一定（h=36000km）④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）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。四、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.(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：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类遨游太空回顾•蒂托•2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。人类遨游太空回顾•杨利伟•2003年10月15日，中国自行研制的“神舟”五号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空后，准确进入预定轨道，中国首位航天员杨利伟被顺利送上太空。一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜！-----爱因斯坦1.把卫星绕地球的运动看做匀速圆周运动,则离地球越远的卫星()A.周期越小B.线速度越小C.角速度越小D.加速度越小六、练习反馈2、发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？211212vrvr2112vv解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根据牛顿第二定律有22MmvGmrr整理得设第一宇宙速度为,卫星的轨道速度为1v2vGMvr四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射加速上升超重回收减速下降超重2、沿圆轨道正常运行只受重力a=g完全失重与重力有关的现象全部消失天平弹簧秤测重力液体压强计