宇宙航行 -PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本节课我们利用万有引力定律和
圆周运动的知识对宇宙航行作一个初 步的了解与研究。
问 题 情 境
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。
一、牛顿关于卫星的设想
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。
T=27天
近
地
卫
h≈0
星
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
❖ 4.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？
第二宇宙速度：v＝11.2km／s(脱离速度） 是物体克服地球引力，永远离开地球的 最小发射速度
请大家根据教材相关内容思考问题：
❖ 5.第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？ 第三宇宙速度: v＝16.7km／s，
是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发 射速度。 ：（逃逸速度）
当物体的速 度大于或等于 16.7km/s，它会 挣脱太阳的束 缚，飞到太阳 系外。
归纳总结：
发射速度v
运动情况
v﹤7.9km/s
物体落回地面
v=7.9km/s
物体在地面附近绕地
第一宇宙速度 球做匀速圆周运动
7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s 物体绕地球运转，运 第二宇宙速度 动轨迹是椭圆。
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
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
我国具有世界上最先进的航天 技术 神州载人航天的成功离不 开万有引力定律。
现在我们头顶上有很多的人造卫 星，它们的发射离不开万有引力定律。
卫星如何上天？如何到达指定的 高度或位置？上去后会掉下来吗…… 有很多的问题……
(
2
T
)2 (R地
h)h
3
解得h
GM地T 2
4 2
R地
3.6104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
2020年2月21日星期五
地球同步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上
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
5.6R 高度为定值
。 T=24h=86400s
地
h=5.6R地=3.6×104km
2、对同步卫星：
其r(R+h)、v、ω、T 、g'均为确定
值 同步卫星5个一定
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
转动半径r(或R+h,h为离地的高度)
转动周期T.
角速度
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：
G
Mm r2
m v2 r
m
2
r
m(
4 2
T2
)r
man
v GM ,即v 1
r
r
GM ,即 1
r3
r3
T 4 2r3 ,即T r3
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
2020年2月21日星期五
近地卫星、同步卫星、月球三者比较 月球
都是地球的
卫星
遵循F引提供
F向
同
步
卫
星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s
GM
a
GM r2
,即a
1 r2
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
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。
探究一 若已知：地球
的质量为 M 5.981024kg
半径R=6400km，
引力常量G=
6.67 1011 Nm2kg2
探究：物体在地球表面 附近做匀速圆周运动 的线速度（第一宇宙 速度）
探究二 若已知：地
球表面重力加速度
g 9.8ms 2
地球的半径
R=6400km 探究：物体在地球
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。
练习:求同步卫星离地面高度
h
2020年2月21日星期五
练习： 求同步卫星离地面高度
设卫星离地面高度为h
由 GM地m卫 (R地 h)2
m卫
表面附近做匀速圆周 运动的线速度（第一 宇宙速度）
分组探究：
思考：①求第一宇宙速度的条件是什么？ r卫•轨道 R地 ②求第一宇宙速度的公式是什么？
Mm V 2
G
r2
m r
V2 mg m
r
v GM r
v gr
请根据教材相关内容思考问题：
❖ 3.速度在v=7.9km/s的基础上继续增大，物 体做什么样的运动呢？ 椭圆运动
牛顿
问 物体做平抛运动时,水平速度越大，
题 飞行的水平距离越远。
情
V0
境
O
问题:
A
B
C
D
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。
人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面
二、宇宙速度 自
请大家阅读教材相关内容同时思考问题：主探
❖ 1.第一宇宙速度是多少？它的意义是什么？ 究
第六章 万有引力与航天
6.5
嫦 娥 奔 月
外国人的 “飞天”梦
2020年2月21日星期五
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一 颗人造地球卫星
我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射 成功
2003年10月15日 神舟五号 杨利伟
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
v GM r
r↗ v↘
三、人造地球卫星运行的规律
表征人造卫星运行状态的物理量有:
环绕速度v,
第❖ 2一.这宇宙个速值度是（怎环样绕来速的度）呢：？v＝7.9km／s 是卫星发射的最小速度。
如果以速度7.9km/s 将物体抛出，它将在地 面附近绕地球做 v=7.9km/s匀速圆周运 动。
❖2. v＝7.9km／s这个值是怎样来的呢？
v＝7.9km／s它是 怎样来的？
分组探究活动 第一宇宙速度的推导
11.2km/s v ﹤16.7km/s 物体绕太阳运动
16.7km/s v物体飞太阳系第三宇宙速度•6.对于其他的星球以上三个宇宙速度是 否变化呢？
变化，不同星球的宇宙速度一般 是不一样的 例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s
金星的第一宇宙速度是7.3km/s
概念辨析 发射速度和运行速度
练习：求近地卫星的周期
T 2 r3
GM 地
2 3.14
6.67
(6.37 106 )3 1011 5.981024
s
5.06103 s 84.3min
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
四、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
圆周运动的知识对宇宙航行作一个初 步的了解与研究。
问 题 情 境
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。
一、牛顿关于卫星的设想
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。
T=27天
近
地
卫
h≈0
星
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
❖ 4.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？
第二宇宙速度：v＝11.2km／s(脱离速度） 是物体克服地球引力，永远离开地球的 最小发射速度
请大家根据教材相关内容思考问题：
❖ 5.第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？ 第三宇宙速度: v＝16.7km／s，
是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发 射速度。 ：（逃逸速度）
当物体的速 度大于或等于 16.7km/s，它会 挣脱太阳的束 缚，飞到太阳 系外。
归纳总结：
发射速度v
运动情况
v﹤7.9km/s
物体落回地面
v=7.9km/s
物体在地面附近绕地
第一宇宙速度 球做匀速圆周运动
7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s 物体绕地球运转，运 第二宇宙速度 动轨迹是椭圆。
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
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
我国具有世界上最先进的航天 技术 神州载人航天的成功离不 开万有引力定律。
现在我们头顶上有很多的人造卫 星，它们的发射离不开万有引力定律。
卫星如何上天？如何到达指定的 高度或位置？上去后会掉下来吗…… 有很多的问题……
(
2
T
)2 (R地
h)h
3
解得h
GM地T 2
4 2
R地
3.6104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
2020年2月21日星期五
地球同步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上
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
5.6R 高度为定值
。 T=24h=86400s
地
h=5.6R地=3.6×104km
2、对同步卫星：
其r(R+h)、v、ω、T 、g'均为确定
值 同步卫星5个一定
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
2020年2月21日星期五
转动半径r(或R+h,h为离地的高度)
转动周期T.
角速度
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：
G
Mm r2
m v2 r
m
2
r
m(
4 2
T2
)r
man
v GM ,即v 1
r
r
GM ,即 1
r3
r3
T 4 2r3 ,即T r3
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
2020年2月21日星期五
近地卫星、同步卫星、月球三者比较 月球
都是地球的
卫星
遵循F引提供
F向
同
步
卫
星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s
GM
a
GM r2
,即a
1 r2
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
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。
探究一 若已知：地球
的质量为 M 5.981024kg
半径R=6400km，
引力常量G=
6.67 1011 Nm2kg2
探究：物体在地球表面 附近做匀速圆周运动 的线速度（第一宇宙 速度）
探究二 若已知：地
球表面重力加速度
g 9.8ms 2
地球的半径
R=6400km 探究：物体在地球
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。
练习:求同步卫星离地面高度
h
2020年2月21日星期五
练习： 求同步卫星离地面高度
设卫星离地面高度为h
由 GM地m卫 (R地 h)2
m卫
表面附近做匀速圆周 运动的线速度（第一 宇宙速度）
分组探究：
思考：①求第一宇宙速度的条件是什么？ r卫•轨道 R地 ②求第一宇宙速度的公式是什么？
Mm V 2
G
r2
m r
V2 mg m
r
v GM r
v gr
请根据教材相关内容思考问题：
❖ 3.速度在v=7.9km/s的基础上继续增大，物 体做什么样的运动呢？ 椭圆运动
牛顿
问 物体做平抛运动时,水平速度越大，
题 飞行的水平距离越远。
情
V0
境
O
问题:
A
B
C
D
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。
人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面
二、宇宙速度 自
请大家阅读教材相关内容同时思考问题：主探
❖ 1.第一宇宙速度是多少？它的意义是什么？ 究
第六章 万有引力与航天
6.5
嫦 娥 奔 月
外国人的 “飞天”梦
2020年2月21日星期五
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一 颗人造地球卫星
我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射 成功
2003年10月15日 神舟五号 杨利伟
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
v GM r
r↗ v↘
三、人造地球卫星运行的规律
表征人造卫星运行状态的物理量有:
环绕速度v,
第❖ 2一.这宇宙个速值度是（怎环样绕来速的度）呢：？v＝7.9km／s 是卫星发射的最小速度。
如果以速度7.9km/s 将物体抛出，它将在地 面附近绕地球做 v=7.9km/s匀速圆周运 动。
❖2. v＝7.9km／s这个值是怎样来的呢？
v＝7.9km／s它是 怎样来的？
分组探究活动 第一宇宙速度的推导
11.2km/s v ﹤16.7km/s 物体绕太阳运动
16.7km/s v物体飞太阳系第三宇宙速度•6.对于其他的星球以上三个宇宙速度是 否变化呢？
变化，不同星球的宇宙速度一般 是不一样的 例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s
金星的第一宇宙速度是7.3km/s
概念辨析 发射速度和运行速度
练习：求近地卫星的周期
T 2 r3
GM 地
2 3.14
6.67
(6.37 106 )3 1011 5.981024
s
5.06103 s 84.3min
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
四、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