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1、6.5 宇宙航行宇宙航行1;.ABCDOV0以平抛运动为模型的推理过程以平抛运动为模型的推理过程地球地球牛顿人造卫星原理图牛顿人造卫星原理图 牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。2;.3;.R R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？问题一：以多大的速度抛出这个物体，它
2、才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力（若已知地球表面（若已知地球表面 g=9.8m/s2 ）法二：在地面附近，重力提供法二：在地面附近，重力提供 物体作圆周运动的向心力物体作圆周运动的向心力4;.思考思考: :向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行
3、速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度运行速度运行速度运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度发射速度发射速度发射速度发射速度 指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度V1=7.9km/s （第一宇宙速度）（第一宇宙速度）最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度人造卫星的人造卫星的r r大大, , 需要的需要的
4、v v发射发射大；而大；而v v运行运行却小却小因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。所以向高轨道发因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。所以向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。射卫星比向低轨道发射卫星难。5;.发射速度发射速度v7.9km/s, v7.9km/s, 物体会落回地面物体会落回地面发射速度发射速度v=7.9km/s , v=7.9km/s , 物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动发射速度发射速度7.9km/s v 11.2km/s, 7.9km/s v 11.2km/s, 物体绕地球运转，但轨迹是椭
5、圆物体绕地球运转，但轨迹是椭圆6;.7;. 当物体的发射速度等于或大于当物体的发射速度等于或大于当物体的发射速度等于或大于当物体的发射速度等于或大于11.2km/s11.2km/s11.2km/s11.2km/s时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运行。地球运行，而是绕太阳运行。地球运行，而是绕太阳运行。地球运行，而是绕太阳运行。第二宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度11.2km/s11.2km/s11.2km/s11.2km/s（脱离速度）（脱离速
6、度）8;.16.7 km/s（逃逸速度） 如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s16.7km/s16.7km/s16.7km/s时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。到太阳系以外的宇宙空间去。到太阳系以外的宇宙空间去。到太阳系以外的宇宙空间去。9;.总结：总结：发射速度发射速度发射速度发射速度v v v v 运动情况运动情况运动情况运动情况v7.9km/sv7.9km/sv7.9km
7、/sv7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s v 11.2km/s7.9km/s v 11.2km/s7.9km/s v 11.2km/s7.9km/s v 11.2km/s11.2km/sv 16.7km/s11.2km/sv 16.7km/s11.2km/sv 16.7km/s11.2km/sv 16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体落回地面物体在地面附近绕地物体在地面附近绕地球做匀速
8、圆周运动球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体绕太阳运动物体飞出太阳系物体飞出太阳系P10;.地球地球2. 轨道中心轨道中心 地心地心1. _ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力人造地球卫星人造地球卫星赤道轨道赤道轨道极地轨道其它轨道11;.思考与讨论、如图所示，思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？条？提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心心12;.思考：对于绕地球运动的人造卫星：思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）
9、离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越（2 2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越（3 3）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（4 4）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（5 5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小13;.1234 思考: 观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?v1v2=v3v4T1T2=T32=3414;.Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cDa卫
10、星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大D例例例例7 7 7 7如图如图4 4所示，所示，a a、b b、c c是在地球大气层外圆形是在地球大气层外圆形轨道上运动的轨道上运动的3 3颗卫星，下列说法正确的是（）颗卫星，下列说法正确的是（）15;.练习：求近地卫星的周期练习：求近地卫星的周期练习：求近地卫星的周期练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？16;.地球同步卫星地球同步卫星所谓地球同步卫星，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。r v w T a “全部固定全部固定”T=1天=86400秒h=36000
11、KmV=3.07Km/s17;.三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。18;.思考：1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度会相撞吗？2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体如何运动？3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航员处于什么状态？4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？19;.练练习习：同同步步卫卫星星是是指指相相对对于于地地面面不不动动的的人人造造地地球球卫卫星星，关关于于同同步步卫卫星星的的说说法法中中正正确的是（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值它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的
12、距离可按需要选择不同值 B它可以在地面上任一点的正上方，但离地距离是一定的它可以在地面上任一点的正上方，但离地距离是一定的 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值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值 D它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的 D20;.21;.关于宇宙速度，下列说法正确的是：（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度A22;. 关于地球同
13、步卫星，下列说法正确的是（ ）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的ACD23;.1 1、若某一人造地球卫星运行时，它的天线断开，断开的天线将如何运动？、若某一人造地球卫星运行时，它的天线断开，断开的天线将如何运动？ 2在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室内，下列仪器中不能正常使用在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室内，下列仪器中不能正常使用的是的是A弹簧秤弹簧秤 B天平天平C酒精温度计酒精温度计 D秒表秒表 小试牛刀：小试牛刀：24;.思考：思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其
14、人造卫星在低轨道上运行，要想让其 在高轨道上运行，应采取什么措施？在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿加速，即可使其沿高轨道运行。高轨道运行。. 卫星变轨问题卫星变轨问题25;.v vF F引引引引1226;.v2v2F F引引引引L L27;.使卫使卫使卫使卫星进星进星进星进入更入更入更入更高轨高轨高轨高轨道做道做道做道做圆周圆周圆周圆周运动运动运动运动v2v2v3v328;.v vvv非远非远非远非远地点地点地点地点变轨变轨变轨变轨29;.向高向高向高
15、向高轨卫轨卫轨卫轨卫星的星的星的星的发射发射发射发射30;.卫星卫星卫星卫星的回的回的回的回收收收收31;.1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨，然后经点火使其沿椭圆轨道道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于P点，点，2、3相切于相切于Q点。点。当卫星分别在当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（上正常运行时，以下说法正确的是（ ）A、在轨道、在轨道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率B、在轨道、在轨道3上
16、的角速度上的角速度 小于小于1上的角速度上的角速度C、在轨道、在轨道2上经过上经过Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3上经过上经过Q点时的速率点时的速率D、在轨道、在轨道1上经过上经过P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2上上 经过经过P点时的加速度点时的加速度 Q QP P231BD32;.思考：1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度会相撞吗？2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体如何运动？3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航员处于什么状态？4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？33;.19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空
17、第一颗人造卫星升空 中国的航天成就中国的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射成功一号月球探测器发射成功34;.20032003年年1010月月1515日日神舟五号神舟五号杨利伟杨利伟20052005年年1010月月1212日日神舟六号神舟六号费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜20082008年年9 9月月2525日日神舟七号神舟七号翟志刚刘伯明翟志刚刘伯明景海鹏景海鹏35;.V0BAC1 1、人造卫星、人造卫星2 2、宇宙速度、宇宙速度第一宇宙速度：第一宇宙速度：V1=7.9km/s.9km/s，卫星刚好能在地表附近，卫星刚好能在地表附近作圆周动（作圆周动（1、近地卫星的环绕速度；、近地卫星的环绕速度；2、卫星的最、卫星的最小发射速度；小发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）、圆轨道的最大环绕速度）第二宇宙速度：第二宇宙速度： V2=11.2km/s,.2km/s,卫星挣脱地球引力束缚卫星挣脱地球引力束缚第三宇宙速度：第三宇宙速度： V3=16.7km/s,.7km/s,卫星挣脱太阳引力束缚卫星挣脱太阳引力束缚 3 3、地球同步卫星、地球同步卫星36;.
