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1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天嫦嫦娥娥奔奔月月外外国国人人的的飞飞天天梦梦梦想成真梦想成真 在科学技术欠发达的古代，在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月嫦娥奔月”只能是只能是美丽的传说。美丽的传说。 1957年年10月月4日，前苏联成功地发射日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元。纪元。 1961年年4月月12日，前苏联成功地发射了第一日，前苏联成功地发射了第一艘艘“东方号东方号”载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。 1969年年7月月20日，美国日，美国“阿波罗阿波罗”11
2、号飞船的登陆舱号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想球的理想 2003年年10月月15日，中国宇航员杨日，中国宇航员杨利伟乘坐利伟乘坐“神舟五号神舟五号”飞船绕行地球飞船绕行地球14圈圈 人类进入了航天时代人类进入了航天时代 时至今日，数千颗人造卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得了如此辉煌的成就，以至于阿波罗8号从月球返航的途中，当地面控制中心问及“是谁在驾驶”的时候，指令长这样回答：“我想现在是牛顿在驾驶。”牛顿的设想牛顿的设想 牛顿设想的人造卫星原理图牛顿设想的人造卫星
3、原理图一、宇宙速度一、宇宙速度(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球地球半径半径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：这个这个“足够大的速度足够大的速度”应该有多大呢应该有多大呢？一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度v =7900m/s 物体物体在地面附近在地面附近绕地球做匀速圆周运动的绕地球做匀速圆周运动的线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。线速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。一、宇宙速度一、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度适用于计算任一天体的第一
4、宇宙速度适用于计算任一天体的第一宇宙速度讨论：讨论：向高轨道与向高轨道与向低轨道向低轨道发射卫星发射卫星相比哪个难度大？相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？哪个需要的发射速度大？高轨道卫星与高轨道卫星与低轨道低轨道卫星相比哪个运行速度大卫星相比哪个运行速度大？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 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 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
5、星的r r大大, , 需要的需要的v v发射发射大；而大；而v v运行运行却小却小3 3 3 3、第三宇宙速度、第三宇宙速度、第三宇宙速度、第三宇宙速度：v v =16.7=16.7千米千米千米千米/ /秒秒秒秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度、第一宇宙速度（环绕速度环绕速度）：）：v =7.9千米千米/秒秒（地球卫星的最小发射速度）（地球卫星的最小发射速度）2 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度、第二宇宙速度（逃逸速度逃逸速度逃逸速度逃逸速度）：）：）：）：v v
6、 =11.2=11.2千米千米千米千米/ /秒秒秒秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）或或或或一、宇宙速度一、宇宙速度二、人造地球卫星二、人造地球卫星1、基本思路：基本思路：万有引力（重力）万有引力（重力）提供提供向心力向心力思考：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）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，周期越）离地面越高，周期越（4 4）离地
7、面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（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？abc提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心赤道平面赤道平面南南东东西西北北ABCDF1F2赤道平面赤道平面北北南南东东西西所有同步卫星都具有如下特点：所有同步卫星都具有如下特点：1.只能分布在一个确定的只能分布在一个确定的赤道轨道赤道轨道上。上。 2.周期与地球自转的周期与地球自转的周期相同周期相同:T24h。 角速度角速度与地球的自转角速度相同。与地球的自转角速度相同。3. 离地面离地面高度高度:
8、h=36000km。4.线速度线速度: v =3.1km/s。同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星 与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星与地球相对静止的人造卫星1. 1.为为为为了了了了同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星之之之之间间间间不不不不互互互互相相相相干干干干扰扰扰扰，大大大大约约约约33左左左左右右右右才才才才能能能能放放放放置置置置1 1颗颗颗颗，这这这这样样样样地地地地球球球球的的的的同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星只只只只能能能能有有有有120120颗颗颗颗。可可可可见见见见，空空空空间间间间位置也是一种资源。位置也是一种资源。位置也是一种资源。位
9、置也是一种资源。2. 2.同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星主主主主要要要要用用用用于于于于通通通通讯讯讯讯。要要要要实实实实现现现现全全全全球球球球通通通通讯讯讯讯，只只只只需需需需三三三三颗颗颗颗同步卫星即可。同步卫星即可。同步卫星即可。同步卫星即可。三、三、梦想成真梦想成真 1957年年10月，原苏月，原苏联发射第一颗人造地联发射第一颗人造地球卫星，卫星重球卫星，卫星重83.6kg，每，每96min绕地球飞行一圈绕地球飞行一圈请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？卫星距地面的高度是多少？
10、卫星的线速度是多少？世界航天世界航天 几年之后，几年之后，1961年年4月月12日苏联空军少校日苏联空军少校加加林进入了东方一号加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。人为航天事业奋斗。 火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。类进入太空的丰碑。世界航天世界航天 1969年年7月月20日，阿波罗日，阿波罗11号将人类送上了月球。当号
11、将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。世界航天世界航天航天飞机资料：可重复使航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔运送人员和物资，并滑翔降落于地面。降落于地面。 1984年年4月月12日，第一架日，第一架航天飞机哥伦比亚号发航天飞机哥伦比亚号发射成功。射成功。世界航天世界航天2003年年
12、2月月1日，哥日，哥伦比亚号航天飞机伦比亚号航天飞机在重返地面的过程在重返地面的过程中突然发生解体燃中突然发生解体燃烧，航天飞机上的烧，航天飞机上的七名宇航员，包括七名宇航员，包括六名美国人及一名六名美国人及一名以色列人全部遇难以色列人全部遇难。 无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。世界航天世界航天“哈勃哈勃”太空望远镜太空望远镜哈勃望远镜长哈勃望远镜长13.3米，米，直径直径4.3米，重米，重11.6吨，造价近吨，造价近30亿美亿美元，于元，于1990年年4月月25日由美国航天飞机日由美国航天飞机送上高送上高590千米的
13、太千米的太空轨道。空轨道。 哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万万千米外悉尼的一只萤火虫。千米外悉尼的一只萤火虫。 世界航天世界航天 19751975年，返回式遥感年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回运行三天后按计划返回地面；中国
14、是第三个掌地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家握卫星回收技术的国家。 19701970年，年， “东方东方红红”1号，中国第一号，中国第一颗人造卫星。中国颗人造卫星。中国是第五个能自行发是第五个能自行发射卫星的国家射卫星的国家。中国航天中国航天1984年，试验通信卫星：年，试验通信卫星：“东方红东方红”2号，标志着中号，标志着中国是世界上第国是世界上第5个能发射个能发射地球静止轨道卫星的国地球静止轨道卫星的国家。家。通信卫星中国航天中国航天 飞船绕地球飞行飞船绕地球飞行14圈后，于圈后，于10月月16日日6时时23分安全降落在分安全降落在内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦
15、内蒙古主着陆场这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础 中国航天中国航天 1992年，中国载人航天工程年，中国载人航天工程正式启动正式启动 2003年年10月月15日日9时，我国时，我国“神舟神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空位航天员杨利伟送人太空中国航天中国航天世界航天世界航天 尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕 宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？没有起始和终结？地外文明在哪里？ 爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。
