§6.5 宇宙航行
2016年8月3日星期三
嫦娥奔月
2016年8月3日星期三
敦煌飞天的美丽壁画
2016年8月3日星期三
外国人的 “飞天”梦
2016年8月3日星期三
飞天之梦的历史
2016年8月3日星期三
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。
问题情境
一、牛顿关于卫星的设想
2016年8月3日星期三
一、牛顿关于卫星的设想
1、物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。
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。
由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大, 故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.
问题:
问题情境
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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。
一、牛顿关于卫星的设想
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思考:
以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?
推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
二、宇宙速度
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把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度。

如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好贴着地球表面作匀速圆周运动，所以又叫环绕速度。

如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将落到地面;

所以， 第一宇宙速度是 发射地球卫星的最小发射速度。
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1、第一宇宙速度： (环绕速度）
V1=7.9km/s
地球
11.2km/s>v>7.9km/s
2、第二宇宙速度：　　　　　(脱离速度)
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
→人造行星
二、宇宙速度
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表征人造卫星运行状态的物理量:
环绕速度v,
转动半径r (或R+h,h为离地的高度)
转动周期T.
将卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动，则卫星环绕线速度、角速度、周期、 向心加速度与轨道半径的关系?
三、人造地球卫星运行的规律
依据：F引=F向
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三、人造卫星的运动规律
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结论：


所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，
也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。
（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别
三、人造地球卫星运行的规律
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概念辨析　发射速度和环绕速度
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。
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。
r↗ v↘
近地卫星
其它卫星
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为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
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三、人造卫星的运动规律
我们能否发射一颗周期为60min的卫星呢？
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练习：求近地卫星的周期
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思考：卫星的轨道圆心在哪儿？

分析：所有卫星的圆心都在地心上。
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1.定义：
相对地球静止的赤道卫星
2.特点：
(1)定赤道平面

(2)定周期T=24h
四、人造地球同步卫星
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(3) 定高度h
基本思路：
天体运动看为匀速园周运动，万有引力等于向心力。
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（4）定线速度v
同解：
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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，卫星离地面高度为定值 。
2、对同步卫星：其r、h、v、ω、T 均为确定值
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3颗同步卫星可实现全球覆盖
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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。
2016年8月3日星期三
凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
2016年8月3日星期三
凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:
万有引力=向心力
引力
重力
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五、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？
世界航天
2016年8月3日星期三
五、梦想成真
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。
2016年8月3日星期三
五、梦想成真
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。
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五、梦想成真
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。
1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。
世界航天
2016年8月3日星期三
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。
五、梦想成真
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
2016年8月3日星期三
“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。
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。
五、梦想成真
世界航天
2016年8月3日星期三
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。
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
2016年8月3日星期三
中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。
中国航天
2016年8月3日星期三
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。
中国航天
2016年8月3日星期三
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．
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．
2016年8月3日星期三
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．
中国航天
2016年8月3日星期三
2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( )
A、周期之比T1∶T2=3∶1 B、线速度之比v1∶v2=3∶1
C、向心力之比F1∶F2=1∶9 D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9
例题分析
1、人造地球卫星的轨道半径越大，则( )
A、速度越小，周期越小 B、速度越小，加速度越小
C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大
BC
D
2016年8月3日星期三
一、三个宇宙速度：
v1=7.9km/s（会推导）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s

二、研究天体运动，包括人造卫星的运动基本方法：
把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，且万有引力全部提供天体或人造卫星的向心力，
三、同步卫星
1、周期T=24h
2、卫星轨道平面与地球赤道平面重合
课堂小结
2016年8月3日星期三
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星、同步卫星、月球三者比较