6.5《宇宙航行》课件

世界航天
2003年2月1日，哥 伦比亚号航天飞机 在重返地面的过程 中突然发生解体燃 烧，航天飞机上的 七名宇航员，包括 六名美国人及一名 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。
世界航天
“哈勃”太空望远镜 哈勃望远镜长13.3 米，直径4.3米，重 11.6吨，造价近30 亿美元，于1990年 4月25日由美国航天 飞机送上高590千米 的太空轨道。
世界航天
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。 当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特 朗，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
1984年4月12日，第一 架航天飞机哥伦比亚号 发射成功。 航天飞机资料：可重复 使用的用运载火箭发射 的飞行器，用于进入地 球轨道，在地球与轨道 航天器之间运送人员和 物资，并滑翔降落于地 面。
二、
宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s．
说明：
它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度．

（１）如果卫星的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；
如果卫星发射速度大于7.9km/s，而小于 11.2km/s，卫星绕地球运行的轨迹就不是圆， 而是椭圆。地心就成为椭圆轨道的一个焦 点．
回顾：万有引力定律的应用两条思路
（1）“地上”：万有引力近似等于重力
GMm 2 mg GM gR 2 R 黄金代换式
(2)“天上”：万有引力提供向心力
GMm v 2 2 2 m m( ) r m r m a 2 r T r
2
线速度、角速度和周期与轨道半径的关系
GM r
各种各样的卫星……
4、地球同步卫星
24h 1. 周期 T = _______
赤道平面 2. 轨道平面___________
相对于地面静止且 与地球自转具有相同周 期的卫星叫做地球的同 步卫星，又叫通讯卫星
3. h =_________ （如何求？） 36000km
思考：同步卫星的哪些 物理量是不变的呢？ 结论： 地球同步卫星必须发 4. R、v、ω、T、an 射在赤道正上方的固定高 “全部固定” 度，并且以固定的速度环 _______________ 绕地球做圆周运动。 同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星
GMm R2

mv R
2
v
GM R

6.67101 15.89102 4 6.4106
m/s
7.9km / s
（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km） 法二：重力提供物体作圆周运动的向心力
v gR 9.8 6.4 106 m / s
7.9km / s
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:
Mm mv 4 2 G 2 m r m 2 r r r T
2 2
二、宇宙速度 第一宇宙速度7.9km/s，第二宇宙速度11.2km/s， 第三宇宙速度16.7km/s。 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道 上运行的最大速度. 三 、同步卫星 定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一 定。
世界航天
中国航天
尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相 对于宇宙之宏大，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…… 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？ ……
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”。
h r R (6.94106 6.37106 )m 570km
2r 2 3.14 6.94106 v m / s 7.6 Km / s T 96 60
世界航天
几年之后，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。实现 了人类第一次进入太 空。他的非凡勇气， 鼓舞了更多人为航天 事业奋斗。 火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时 108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。
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
世界航天
三、梦想成真
•1957年10月，原苏 联发射第一颗人造地 球卫星，卫星重 83.6kg，每96min 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？ 卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？
GMm 4 2 GMm R 2 gT 2 3 (6.37106 ) 2 9.8 (96 60) 2 3 2 r , 又 2 mg, 所以，r 6.94106 m 2 2 2 r T R 4 4 3.14
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 是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到 1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。
中国航天
1970年， “东方 红”1号，中国第一 颗人造卫星。中国 是第五个能自行发 射卫星的国家。
中国航天 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．
嫦 娥 工 程
中国航天
然而人类对宇宙的探索并不是一帆风 顺的，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。 1986年1月28日，美国，挑战者 号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员 遇难。 2003年2月1日，美国，哥伦比亚 号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员 遇难。
1975年，返回式遥感 卫星，中国第一颗返回 式卫星，用于对地观测， 运行三天后按计划返回 地面；中国是第三个掌 握卫星回收技术的国家。
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
太 原 卫 星 发 射 中 心
中国航天
1984年，试验通信卫星： “东方红”2号，标志着 中国是世界上第5个能发 射地球静止轨道卫星的 国家。
3、第三宇宙速度
大小：v=16.7km/s 意义：以这个速度发射，物 体刚好能摆脱太阳引力的束 缚而飞到太阳系以外，也叫 逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星 绕太阳作椭圆ห้องสมุดไป่ตู้动，成为一颗人造行星。如果发射速度 大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到 太阳系以外的空间。
通信卫星
中国航天
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人太空．
飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23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．
一、牛顿的设想
探究2：以多大的速度发射这个物 体，物体就刚好不落回地面，成 为一颗绕地球表面做匀速圆周运 动的卫星呢？
已知，地球半径6400Km，地球 质量为5.98 x1024Kg，地球表面 的重力加速度g=9.8m/s2,推导地 球的第一宇宙速度？
探究问题2：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？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量 M=5.89×1024kg, 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
探究1：怎样才能使 得一个物体绕着地球 做圆周运动？
一、牛顿的设想
1、牛顿对人造卫星原理的描绘:
牛顿就曾设想, 从高山上用不同 的水平速度抛出物体,速度一次 比一次大,则落点一次比一次远, 如不计空气的阻力,当速度足够 大时, 物体就永远不会落到地面 上来,而围绕地球旋转,成为一颗 人造地球卫星了。
2、第二宇宙速度
大小：v=11.2km/s 意义：以这个速度发射，物 体刚好能克服地球的引力作 用，永远的离开地球而绕太 阳运动。也叫脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地 球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时， 卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
v=
w=
GM 3 r
3
r T 2 GM
高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。
通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球 上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进 一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人 类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本 节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向 宇宙，进行宇宙航行的。