第5节 宇宙航行

超重
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
五、地球同步卫星
1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的 人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地 做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h 2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一 个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球 赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
对同步卫星： 其r、 v、ω、T 、g 均为 定值
练习：
GM 地 m卫 (R 地 h)
3 2
求同步卫星离地面高度
2 T
设卫星离地面高度为h m卫 ( ) (R 地 h)
2
由
h
4
解得h
GM 地T 4
2
2
R 地 3.6 10 km
5.6R 地
地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h ？
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．
2、第二宇宙速度： V3=16.7km/ 在地面上发射飞行器， s V2=11.2km/s 如果发射速度大于7.9 km/s 而小于11.2 km/s时，它绕 V1=7.9km/s 地球 地球运行的轨道不是圆而是 椭圆．当发射速度等于或大 于11.2 km/s时，它就会克服 地球的引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其 他行星上去．11.2 km/s称为第二宇宙速度． 3、第三宇宙速度： 当物体的速度v≥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。
1992年，中国载人 航天工程正式启动． 2003 年 10月 15日 9时，我国“神舟”五号 宇宙飞船在酒泉卫星发 射中心成功发射，把中 国第一位航天员杨利伟 送入太空． 这次成功发射实现 了中华民族千年的飞天 梦想． 伴随着“神舟”五号的发射成功，中国已正式 启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．
练习：
T 2 r
3
求近地卫星的周 期
地
GM
2 3.14
(6.37 10 )
6
3 24
6.67 10
3
11
5.89 10
s
5.07 10 s 84.5 min
我们能否发射一颗周期为 50min的卫星呢？
三、梦想成真
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是 人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真” 了． 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星 发射成功． 1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了 “东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞 行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降 落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑． 1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成 功登临月球，载人航天技术迅速发展．
第五节 宇宙航行
一、宇宙速度
从高山上用不 同的水平速度抛出 物体,速度越大,落 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,它将成为一颗绕地球运 动的人造地球卫星.
地球
300多年 前，牛顿 提出设想:
设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星 在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。 那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的 速度v如何推算？
近地卫星、同步卫星、月球三者比较 月球
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27天 近 地 卫 星
同 步 卫 星
h=3.6×107m
r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84分钟
6
6.37 10
m / s 7.9 km / s
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必须具 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。
1．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．
G Mm r
2
m
v
2
v
GM r
r
v
1 r
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
近地面的卫星的速度是多少呢？
已 知 ： G 6.67 10
11
N m / kg
2
2
R 6.37 10 m
6
M 5.89 10 kg
24
24
v1
GM R

6.67 10
11
5.89 10
2005年 10月12日9时 整，航天员 费俊龙、聂 海胜驶乘神 舟六号载人 飞船飞向太 空，开始了 中国人首次 双人太空多 日行。 这标志着中国载人航天飞行由神舟五号的验 证性飞行试验完全过渡到真正意义上有人参与的 空间飞行试验。
四、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
二、人造卫星的运动规律
(1) 由 G
(2) 由 G
M 地 m卫 r
2
m卫
v
2
得 :v
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
GM 地 r
GM 地 r
3
r
M 地 m卫 r
2
m 卫 r 得 :
m卫 4 T
2 2
(3) 由 G
M 地 m卫 r
2
r 得 :T 2
r
3
GM 地
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系