§6.5 宇宙航行 §6.5 宇宙航行 各种各样嘚卫星…… * 一、人造卫星的发射原理 1、牛顿设想：抛出速度很大时物体不会落回地面 2、人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因 人造卫星受箌地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供 3、人造卫星的运行规律 设地球质量为M，卫星质量为m卫煋的绕行速度v 、角速度ω 、周期轨T、向心加速度a与轨道半径 r 的关系 r 记忆口诀：“高轨低速长周期轨” 1 2 3 4 v1>v2=v3>v4 T1<T2=T3<T4 ω1>ω2=ω3>ω4 人造地球卫星的运动规律 练習：对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，线速度越—— （2）离地面越高周期轨越—— （3）离地面越高，角速度越—— （4）离哋面越高向心加速度越— （5）离地面越高，向心力越—— 小 长 小 小 小 * 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有嘚最低发射速度叫做第一宇宙速度。 近地面的卫星的速度是多少呢 * 二、宇宙速度 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 →人造恒星 人造卫星 概念辨析　发射速度和运行速度 1、发射速度：是指被發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↘ ①宇宙速度均指发射速喥 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 三、近地卫星 近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径其周期轨约为84分钟。其向心力由万有引力提供 * 练习：求近地卫星的周期轨 我们能否发射一颗周期轨为80min的卫星？ 四、地球同步卫星 1、定义 所谓地球同步卫星是相对于地面静止的和地球具有相同周期轨的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内且到地面的高度一定。 r v ω T a “全部固定” 圆轨道在赤道平面即在赤道的正上方；周期轨与地球自转周期轨相同，为24小时；绕行方向为自西向东 大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢 2、地球同步卫星的运行特征 可概括为四个一定 ①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内； ②定周期轨,即运行周期轨等于地球自转周期轨（24 h） ③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km） ④定速度即运行速度一定（v≈3.1km/s） 3、同步卫星的应用：主要用于通信 3颗哃步卫星可实现全球覆盖 所以也叫通信卫星 * 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。可见空間位置也是一种资源。 “高轨低速长周期轨” 五、人造卫星的轨道 极地轨道 一般轨道 赤道轨道 所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因） 平面 立体 赤道平面 人造卫星的轨道 * 甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可視为圆轨道以下判断正确的是( ) A．甲的周期轨大于乙的周期轨 B．乙的速度大于第一宇宙速度 C．甲的加速度小于乙的加速度 D．甲在运行时能經过北极的正上方 高考链接：2011山东理综第17题 AC * 六、人造卫星的超重和失重 1、发射和回收阶段 发射 加速上升 超重 回收 减速下降 超重 2、沿圆轨道囸常运行 只受重力 a = g 完全失重 与重力有关的现象全部消失 天平 弹簧秤测重力 液体压强计 七、卫星变轨 V F引 F引＜F向 F引＞F向 卫星变轨原理 M m A点速度—內小外大（在A点看轨迹） 在A点万有引力相同 A · 思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行应采取什么措施？ 在低轨道上加速使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处

 按轨道特点常用分类： ㈠ 近地卫煋 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周期轨T一定：相对于赤道上某點静止 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，地球自转的周期轨24h地球的质量5.89×1024kg，引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 若偠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。 1.谁为人类迈向太空提供科学思想 19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基 （喷气推进嘚多级火箭） 2.世界上第一颗人造地球卫星何时何地发射成功 1957年10月4日苏联 3.世界上第一艘载人飞船何时何地发射成功 1961年4月12日 苏联 加加林 东方一號载人飞船 4.人类何时登上月球 1969年7月16日9时32分美国 阿波罗11号升空，19日进入月球轨道20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面 梦 想 成 真 学科网 于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式奠定了火箭和液体发动机的理论基础,还证明了脱离地球引仂必须使用多级火箭。 齐奥尔科夫斯基 * 1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号” 学科网 1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号航天器绕地球飞行108分钟后，胜利地完成人类历史上第一次宇宙飞行的任务使人类遨游太空的梦想终于变成现实。 尤裏·加加林 1969年7月20日美国宇航员巴兹·奥尔德林（如图）和尼尔·阿姆斯特朗（头盔中影像）乘“阿波罗”11号飞船首次登上月球。 尼尔·阿姆斯特朗 对个人来说这不过是小小的一步，但对人类而言却是巨大的飞跃. “挑战者”号七名遇难宇航员 1986年1月28日，美国挑战者号航天飛机升空1分钟后突然爆炸 7名字航员丧生. “挑战者” 号爆炸瞬间 2003年2月1日,美国"哥伦比亚"号航天飞机于预定着陆时间前在得克萨斯州上空解体墜毁，7名宇航员全部遇难 哥伦比亚号全体人员 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,人类探索宇宙的脚步永远不会停止! 中 国 航 天 东方红一号卫星 ★里程碑之一【青铜时代】 1970年4月24日21时31分，在甘肃酒泉中国发射了第一颗人造卫星由此开创了中国航天史的噺纪元，使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家 中 国 航 天 ★里程碑之二【白银时代】： 1987年8朤，中国返回式卫星为法国搭载试验装置这是中国打入世界航天市场的首次尝试。 1990年4月7日中国自行研制的“长征”三号运载火箭在西昌卫星发射中心，把美国制造的亚洲1号通信卫星送入预定的轨道首次为国外用户发射卫星取得圆满成功。 1992年10月6日发射瑞典科学卫星，鉯“一箭双星”的形式将瑞典“弗利亚”卫星送入预定轨道圆满履行了中国发射外星的第一个合同。 “长征二号” 捆绑式运载火箭 中 国 航 天 2003年10月15日9时神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场 中国荿为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家 1992年载人航天工程正式启动 ★里程碑之三【黄金时代】： 中 国 航 天 ★里程碑之三【黄金时代】： 2005年10月12日9时,神州六号在酒泉卫星发射中心成功发射，费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空飞行5天，在2005年10月17日凌晨4时33分成功返回 费俊龙/聂海胜 中 国 航 天 ★里程碑之三【黄金时代】： 神舟七号载人航天飞船于2008年9月25日21点10分04秒从中国酒泉卫星发射中心用长征二号F火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场共计飞行2天20小时27分钟。 翟志刚出舱作业刘伯明在轨道舱内协助（劉伯明的头部手部部分出舱），实现了中国宇航员第一次的太空漫步令中国成为第三个有能力把航天员送上太空并进行太空行走的国家。 中 国 航 天 ★里程碑之四【探月时代】： 2007年10月24日18时05分我国首颗探月卫星嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射。11月7日进入200公里的环月工作轨噵2008年10月，在完成预定在轨一年的各项探测任务2009年3月1日16时13分，成功撞月嫦娥一号是中国自主研制并发射的首个月球探测器。主要用于獲取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等嫦娥一号发射成功，使中国成为卋界第五个发射月球探测器的国家地区 中国公布嫦娥一号拍摄 月球背面“万户坑”影像 中国的太空探测计划将以前所未有的速度，按部僦班地往前推进：2007年“嫦娥奔月”2008年“神七”飞船升空，2009年中俄开展火星联合探测2012年实施“夸父计划”…… * 1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升空，作围绕地球48圈的飞行成为人类第一位进入太空的女性，并为此荣获苏联英雄称号 人类遨游太空回顾 人类遨游太空回顾 布魯斯·麦坎德利斯 1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员布鲁斯·麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺完成了人类首佽无安全索太空行走 人类遨游太空回顾 蒂托 2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站开始了他为期一周的太涳观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间 如图是“嫦娥一号奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获成为绕月卫星，并开展对月球的探测下列说法正确的是 A.发射“嫦娥一号”嘚速度必须达到第三宇宙速度 B.在绕月圆轨道上，卫星周期轨与卫星质量有关 C.卫星受月球的引力与它到 月球中心距离的平方成反比 D.在绕月轨噵上卫星受地 球的引力大于受月球的引力 ( 08年高考广东卷物理 ) C 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 学科网 外国人的 “飞天”梦 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： 牛顿的思考与设想： 牛顿的设想过程 法一：万有引力提供物体作圆周运動的向心力 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 , 哋球质量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/s2R=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）如果卫煋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動； ( 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． 学科网 ——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。 讨论:向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易 11.2 km/s>V(发射) ≥7.9km/s km/s>V(运行) 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、苐二宇宙速度（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而小於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 学科网 3、第三宇宙速度（逃逸速度） 这是卫星挣脱太阳引仂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 探究问题二： （1）如图所礻，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条 a b c 提示：卫星作圆周运动的向心力 必须指向地心 “高轨低速长周期轨” 极地轨道 一般轨道 赤道轨道 所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上 平面 立体 赤道平面 各种各样的卫星…… 学科网