5.宇 宙 航 行
第六章 万有引力与航天
嫦娥奔月
敦煌飞天的壁画
抛出的石头会落地，为什么月亮没有落下来?月亮没有落下来必须具备什么条件？
问题一：
牛顿的设想过程
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动不落下？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径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：
一　宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）
v1=7.9km/s．
说明：
　（１）如果卫星的发射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；
( 3 ）大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点．
——虽然“R大，V小”，但这里V
指绕行速度，而非发射速度。
——因为向轨道发射卫星，火箭
要克服地球引力对它做的功。
轨道越高，要克服引力
做功也多，发射速度越大。

第一宇宙速度是最小的发射速度,也是最大的环绕速度
结论:
★发射速度与绕行速度
２、第二宇宙速度（脱离速度）
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．
v2=11.2 km/s
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了．
v3=16.7 km/s
一　宇宙速度
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？
提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心
各种各样的卫星……
按轨道特点常用分类：
㈠ 近地卫星
轨道半径即地球半径
㈡ 极地卫星
轨道面与赤道面垂直
㈢ 地球同步卫星卫星(通讯卫星)
T = _______
24h
①轨道平面___________
赤道平面
②周期T一定：相对于赤道上某点静止
③ h =_________
36000km
④ R、v、ω、T、an _______________
“全部固定”
（如何求？）
课堂练习：
已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.89×1024kg，引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求：
（1）地球同步卫星的离地面高度h
（2）地球同步卫星的环绕速度v
结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。
19C中叶，俄罗斯学者奥尔科夫斯基指出：用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行的最有效工具。
（适当介绍）
梦想成真
1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星。
1969年，阿波罗11号登月。
1992年，中国载人航天工程启动。2003年，神舟五号宇宙飞船成功发射，杨利伟成为我国太空第一人。我国由此成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
（2）离地面越高，线速度越
（3）离地面越高，周期越
（4）离地面越高，角速度越
（5）离地面越高，向心加速度越
小
大
小
小
小
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
课堂练习:
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:
二、三种宇宙速度：
　　v1=7.9km/s．（会推导）
　　 v2=11.2 km/s
　　 v3=16.7 km/s
同步卫星的必须在赤道上空
同步卫星的个数
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同
步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也
是一种资源。