第5节-宇宙航行(3.17)

2、天体运动的两大思路:1、处理匀速圆周运动问题的关键寻找向心力的来源复习F万=FnF万=mg`第5节宇宙航行中国人的飞天梦外国人的“飞天”梦飞天之梦的历史问题:一、牛顿关于卫星的设想地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。1、月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?问题情境由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力(即重力),用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.一、牛顿关于卫星的设想物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大,故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.ABCOV0D问题:问题情境从高山上水平抛出物体，速度越大，落地点离山脚越远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造卫星。一、牛顿关于卫星的设想思考？1.以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?RGMvRvmmgRGMm,22,2GMgRg=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：skmv/9.7推导方法：地表附近，重力近似等于万有引力gRv人们把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度。第一宇宙速度意义在哪里呢？二、宇宙速度2.有没有贴着地球表面飞行的卫星，为什么发射速度：不同于电视上看到的卫星发射，这里指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，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；运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别思考与讨论1、将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？哪一个更容易？为什么？向高轨道发射卫星时,需要的初速度越大，火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难.结论：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度2、在所有的环绕地球运动的卫星中，速度最大的是哪一个？由知：离地球最近的卫星，即近地卫星速度最大，最大速度即第一宇宙速度rGMv结论：第一宇宙速度是最大环绕速度，同时也是最小发射速度。1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若7.9km/sv11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆.(最大环绕速度,最小发射速度)2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果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。我们把这个速度叫第三宇宙速度。二、宇宙速度思路：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，则卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：三、人造地球卫星运行的规律nmarTmrmrvmrMmG)4(22222rvrGMv1,即331,rrGM即332,4rTGMrT即221,rarGMa即结论：卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。三、人造地球卫星运行的规律地球动画演示高轨低速长周期四、课堂练习[例题]: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？22=MmvmgGmrr凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:重力=万有引力=向心力rRhgh式中：是高空处的重力加速度所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道相对于地面静止且与地球自转同步的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。对于同步卫星的发射及轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？地球同步卫星：w1、为什么必须在赤道平面上？因:（1）同步卫星与地球自转同步必须自西向东转,（2）万有引力全部提供做向心力,圆心就是地心.所以:同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.2、为什么高度一定？O万有引力提供做向心力由:)(4)(222hRTmhRMmG得:RGMTh3224把T=86400s,M=5.98x1024kg,R=6.37x106m得h=3.58x107m同步卫星同步卫星有以下几个特点：同步卫星的高度：（1）周期一定T=24h（2）在赤道平面内（3）高度一定（Ｒ＋ｈ）解得高度：ｈ＝km-G请大家注意观测，卫星在各位置的速度变化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近地卫星、同步卫星、月球三者比较1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。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，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。五、梦想成真1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空我国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功五、梦想成真2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏1、三个宇宙速度：v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法：把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，(v为线速度、ω为角速度、T为周期、n为转速)六、课堂小结布置作业1.阅读教材后边“科学漫步”和“STS”的材料；2.完成课时新学案相关内容.