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* * * * * 第五节 宇 宙 航 行 * 前置学习： 1.万有引力定律的表达式？ 2.行星运动向心力的来源？ * 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 * 外国人的 “飞天”梦 * 抛出的石头会落地，为什么月亮没有落下来?月亮没有落下来必须具备什么条件？ 问题一： 牛顿的思考与设想： * 一　宇宙速度 * 法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力 法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力 以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动不落下？(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） 探究问题一： * 一　宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s． 说明： 　（１）如果卫星的发射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 ）大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点． * 发射速度：从地面出发向轨道发射卫星的初速度，由于 卫星要克服地球引力对它做的功。轨道越高，要克服 引力做功也多，发射速度越大。 讨论:向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？ 运行速度： * 11.2 km/s>V(发射) ≥7.9km/s km/s>V(运行) 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: ★发射速度与绕行速度 * 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=11.2 km/s * 3、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=16.7 km/s * 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？ a b c 提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心 * 各种各样的卫星…… * 按轨道特点常用分类： ㈠ 近地卫星 轨道半径即地球半径 ㈡ 极地卫星 轨道面与赤道面垂直 ㈢ 地球同步卫星卫星(通讯卫星) T = _______ 24h ①轨道平面___________ 赤道平面 ②周期T一定：相对于赤道上某点静止 ③ h =_________ 36000km ④ R、v、ω、T、an _______________ “全部固定” （如何求？） * 课堂练习： 已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量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 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。 * * 19C中叶，俄罗斯学者奥尔科夫斯基指出：用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行的最有效工具。 （适当介绍） 1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星。 1969年，阿波罗11号登月。 1992年，中国载人航天工程启动。2003年，神舟五号宇宙飞船成功发射，杨利伟成为我国太空第一人。我国由此成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。 * 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 * 能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？ 课堂练习: * 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: 二、三种宇宙速度： 　　v1=7.9km/s．（会推导） 　　 v2=11.2 km/s 　　 v3=16.7 km/s * 同步卫星的必须在赤道上空 F向= F引 F向 F引 F引 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。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *