1、顯示軌跡線顯示軌跡線隱藏軌跡線隱藏軌跡線雙星的運(yùn)動(dòng)第5節(jié) 宇宙航行新泰一中北區(qū)高一物理備課組新泰一中北區(qū)高一物理備課組中國(guó)人的飛天夢(mèng)中國(guó)人的飛天夢(mèng)外國(guó)人的外國(guó)人的“飛天飛天”夢(mèng)夢(mèng)飛天之夢(mèng)的歷史飛天之夢(mèng)的歷史問(wèn)題問(wèn)題: :一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。 1 1、月球也要受到地球引力的作用、月球也要受到地球引力的作用, ,為什么月亮為什么月亮不會(huì)落到地面上來(lái)不會(huì)落到地面上來(lái)? ?問(wèn)問(wèn)題題情情境境 由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運(yùn)轉(zhuǎn), ,此時(shí)月球受此時(shí)月球受到的地球引力到的地球引力( (即重力即重力),),

2、用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力用來(lái)充當(dāng)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力, ,故故月球不會(huì)落到地面上來(lái)月球不會(huì)落到地面上來(lái). .一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),水平速度越大，飛行的水平距離越遠(yuǎn)。 2. 2.若拋出物體的水平初速度足夠大若拋出物體的水平初速度足夠大, ,物體將會(huì)物體將會(huì)怎樣怎樣? ?試大膽猜想。試大膽猜想。 由于地球是一個(gè)圓球由于地球是一個(gè)圓球, ,當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時(shí)當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時(shí), ,物體飛行的距離也很大物體飛行的距離也很大, , 故物體不能再故物體不能再 落回地面落回地面, ,而成為而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星. .abcov0d問(wèn)題問(wèn)題: :問(wèn)問(wèn)

3、題題情情境境 從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)。如果沒(méi)有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來(lái)，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆永遠(yuǎn)繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星。一、牛頓關(guān)于衛(wèi)星的設(shè)想 思考？思考？ 1. 1. 以多大的速度將物體拋出，它才會(huì)成為繞地球表面運(yùn)以多大的速度將物體拋出，它才會(huì)成為繞地球表面運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星動(dòng)的衛(wèi)星? rgmvrvmmgrgmm,22,2gmgrg=9.8m/s2，r=6400km，代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：skmv/9 . 7推導(dǎo)方法：推導(dǎo)方法：地表附近，地表附近，重力近似等于萬(wàn)有引力重力近似等于萬(wàn)有引力grv 人們把人們把7.9km/s這個(gè)速度稱作這個(gè)速度

4、稱作第一宇宙速度第一宇宙速度。 第一宇宙速度意義在哪里呢？第一宇宙速度意義在哪里呢？ 二、宇宙速度 2. 2. 有沒(méi)有貼著地球表面飛行的衛(wèi)星，為什么有沒(méi)有貼著地球表面飛行的衛(wèi)星，為什么 發(fā)射速度：發(fā)射速度：不同于電視上看到的衛(wèi)星發(fā)射不同于電視上看到的衛(wèi)星發(fā)射，這里指衛(wèi)這里指衛(wèi)星在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射星在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能后再無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升一定的高度、進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道；克服地球引力上升一定的高度、進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道； 運(yùn)行速度運(yùn)行速度：衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞

5、地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。周運(yùn)動(dòng)的線速度。（補(bǔ)充）：（補(bǔ)充）：衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運(yùn)行速度的區(qū)別衛(wèi)星發(fā)射速度和衛(wèi)星運(yùn)行速度的區(qū)別思考與討論1、將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個(gè)更大？將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個(gè)更大？哪一個(gè)更容易？為什么？哪一個(gè)更容易？為什么？ 向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時(shí)向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時(shí), , 需要的初速度越大，火箭克服地需要的初速度越大，火箭克服地球?qū)πl(wèi)星的引力而作更多的功球?qū)πl(wèi)星的引力而作更多的功, ,對(duì)火箭的要求更高一些對(duì)火箭的要求更高一些, ,所以比較困難所以比較困難. .結(jié)論：第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度結(jié)論：第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度2 2、在所有

6、的環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，速度最大的是在所有的環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，速度最大的是哪一個(gè)？哪一個(gè)？由由 知：離地球最近的衛(wèi)星，即近地衛(wèi)知：離地球最近的衛(wèi)星，即近地衛(wèi)星速度最大，最大速度即第一宇宙速度星速度最大，最大速度即第一宇宙速度rgmv 結(jié)論：第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度，同時(shí)也結(jié)論：第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度，同時(shí)也是最小發(fā)射速度。是最小發(fā)射速度。1 1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）: :就是物體在地就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度v=7.9km/sv=7.9km/s，若，若 7.9km/sv11.2km/s 7.9km/sv1

7、1.2km/s ，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓. . ( (最大環(huán)繞速度最大環(huán)繞速度,最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度) ) 2 2、第二宇宙速度（脫離速度）：、第二宇宙速度（脫離速度）：當(dāng)物體的速度當(dāng)物體的速度大于或等于大于或等于11.2km/s11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星克服地球的引力，永時(shí)，衛(wèi)星克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開(kāi)地球。我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)遠(yuǎn)離開(kāi)地球。我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的還受到太陽(yáng)的引力。到第二宇宙速度的還受到太陽(yáng)的引力。3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物體的速如果物體的速度等于或大于度等于或大于16.

8、7km/s16.7km/s，物體就擺脫了太陽(yáng)引力的束，物體就擺脫了太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去。我們把這個(gè)速度縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去。我們把這個(gè)速度叫第三宇宙速度。叫第三宇宙速度。二、宇宙速度思路：將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都近似看成勻速圓周運(yùn)思路：將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)，則，則衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系：與軌道半徑的關(guān)系：三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律nmartmrmrvmrmmg)4(22222rvrgmv1,即331,rrgm即332,4rtgmrt即221,rarg

9、ma即 結(jié)論：結(jié)論： 衛(wèi)星的運(yùn)行速度、角速度、運(yùn)轉(zhuǎn)周期與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，僅由軌道半徑衛(wèi)星的運(yùn)行速度、角速度、運(yùn)轉(zhuǎn)周期與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。決定。 離地面越高的衛(wèi)星，運(yùn)行速度越小，周期越長(zhǎng)，發(fā)射需要的初速度越大離地面越高的衛(wèi)星，運(yùn)行速度越小，周期越長(zhǎng)，發(fā)射需要的初速度越大。 三、人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律地球地球動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示高軌低速長(zhǎng)周期高軌低速長(zhǎng)周期四、課堂練習(xí)課堂練習(xí) 例題例題: 我國(guó)發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星我國(guó)發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)嫦娥一號(hào)”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)量

10、的為地球質(zhì)量的1/801/80，月球的半徑約為地球半徑的，月球的半徑約為地球半徑的1/41/4，地，地球上的第一宇宙速度約為球上的第一宇宙速度約為7.9km/s7.9km/s，求，求“嫦娥一號(hào)嫦娥一號(hào)”探月探月衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速率？衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速率？ 提示提示 ：同學(xué)們算算，近地衛(wèi)星的：同學(xué)們算算，近地衛(wèi)星的周期（最小周期）又是多少呢？周期（最小周期）又是多少呢？min8 .841007. 5109 . 710640014. 32333s思考：思考：我們能否發(fā)射一顆周期為我們能否發(fā)射一顆周期為 70min70min的衛(wèi)的衛(wèi) 星呢？星呢？不能！不能！vrt2 所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或

11、橢圓）軌道上所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上 相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。對(duì)于同步衛(wèi)星的對(duì)于同步衛(wèi)星的發(fā)射及軌道定位發(fā)射及軌道定位有什么要求呢，有什么要求呢，怎樣才能保持與怎樣才能保持與地球同步呢？地球同步呢？地球同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星：同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：同步衛(wèi)星的高度：同步衛(wèi)星的高度：（1 1）周期一定）周期一定t=24ht=24h（2）在赤道平面內(nèi)）在赤道平面內(nèi)（3）高度一定）高度一定（） 解得高度解得高度 ： km -g請(qǐng)大家注意觀測(cè)，衛(wèi)星在各位置的速

12、度變化請(qǐng)大家注意觀測(cè)，衛(wèi)星在各位置的速度變化h=3.6107mr=4.2107mv=3km/st=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/st=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/st=84分鐘分鐘同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較19611961年年4 4月月1212日蘇聯(lián)空軍少校日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號(hào)載人飛加加林乘坐東方一號(hào)載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢(mèng)想。入太空的夢(mèng)想。19691969年年7 7月月2020日，阿波羅日，阿波羅1111號(hào)將人類送上了月球。

13、號(hào)將人類送上了月球。、夢(mèng)想成真、夢(mèng)想成真19701970年年4 4月月2424日我國(guó)日我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星升空第一顆人造衛(wèi)星升空 我國(guó)的航天成就我國(guó)的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功成功、夢(mèng)想成真、夢(mèng)想成真20032003年年1010月月1515日日神舟五號(hào)楊利偉神舟五號(hào)楊利偉20052005年年1010月月1212日日神舟六號(hào)神舟六號(hào)費(fèi)俊龍聶海勝費(fèi)俊龍聶海勝20082008年年9 9月月2525日日神舟七號(hào)神舟七號(hào)翟志剛劉伯明翟志剛劉伯明景海鵬景海鵬1、三個(gè)宇宙速度三個(gè)宇宙速度： v1=7.9km/s（會(huì)推導(dǎo)會(huì)推導(dǎo)）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s2 2、研究天體運(yùn)動(dòng)，包括人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)基本方法研究天體運(yùn)動(dòng)，包括人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)基本方法： 把天體或人造衛(wèi)