65《宇宙航行》

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1、孝义市实验中学校孝义市实验中学校1了解人造卫星的有关知识。了解人造卫星的有关知识。知道发射速度与环知道发射速度与环绕速度的区别。绕速度的区别。2知道三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。知道三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。3通过实例，了解人类对太空的探索过程。通过实例，了解人类对太空的探索过程。孝义市实验中学校孝义市实验中学校 本节课从同学们的飞天梦想，再到古人的飞天梦想，激本节课从同学们的飞天梦想，再到古人的飞天梦想，激发同学的强烈兴趣。然后从牛顿大胆猜想的草图，激发同学们发同学的强烈兴趣。然后从牛顿大胆猜想的草图，激发同学们探索的欲望。然后引导同学们从万有引力提供向心力入手，结探索的欲望。然

2、后引导同学们从万有引力提供向心力入手，结合牛顿运动定律自己推导第一宇宙速度。然后大家讨论第二、合牛顿运动定律自己推导第一宇宙速度。然后大家讨论第二、第三宇宙速度的物理意义，区别环绕速度与发射速度。顺着这第三宇宙速度的物理意义，区别环绕速度与发射速度。顺着这个思路大家推导人造卫星的速度、角速度、周期、加速度等公个思路大家推导人造卫星的速度、角速度、周期、加速度等公式。介绍人类的各种卫星，理解并推导同步卫星的规律。每个式。介绍人类的各种卫星，理解并推导同步卫星的规律。每个环节进行同步训练，及时反馈教学情况。在环节进行同步训练，及时反馈教学情况。在“梦想成真梦想成真”栏目栏目里，简述人类航天事业的发

3、展简史。最后里，简述人类航天事业的发展简史。最后在在“科学漫步科学漫步”栏目栏目里，介绍黑洞里，介绍黑洞的有关知识。的有关知识。孝义市实验中学校孝义市实验中学校嫦娥奔月的神话传说敦煌壁画的飞天图腾万户飞天的勇敢尝试孝义市实验中学校孝义市实验中学校 好奇是点燃智慧的火种，仰望星空，浩好奇是点燃智慧的火种，仰望星空，浩瀚的太空充满神秘，探究瀚的太空充满神秘，探究宇宙的奥秘，奔向宇宙的奥秘，奔向遥远的遥远的太空，自古以来太空，自古以来就是人类的就是人类的梦想，那梦想，那么，怎么实现它呢？么，怎么实现它呢？孝义市实验中学校孝义市实验中学校0vABCD在楼顶上在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，用不

4、同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？不计空气阻力，它们的落地点相同吗？速度大的水平位移速度大的水平位移大，落地点较大，落地点较远远 如果如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？形又如何呢？孝义市实验中学校孝义市实验中学校牛顿的猜想牛顿的猜想 物体物体初速度达到多大时就可以发射成为一初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢颗人造卫星呢?牛顿牛顿曾曾设想，从设想，从高山上用不同的高山上用不同的水平速度抛出水平速度抛出物体，速度物体，速度一次比一次一次比一次大，则大，则落点一次比一次落点一次比一次远，如果速度远，如果速度足

5、够足够大大，物体物体就不再落就不再落到地面到地面上来，上来，它将绕地球运动，成为它将绕地球运动，成为一颗一颗人造地球人造地球卫星卫星。孝义市实验中学校孝义市实验中学校建立模型建立模型：卫星绕地球做匀速卫星绕地球做匀速圆周圆周 运动运动基本思路基本思路：向心力由地球对卫星向心力由地球对卫星的的 万有引力提供万有引力提供请同学们请同学们计算计算：已知地：已知地球半径球半径 R=6400 km，地球，地球质量质量 M=6.01024 kg，卫星在，卫星在地面附近环绕地面附近环绕地球地球做做匀速圆周运动匀速圆周运动所必所必须具有的速度有多大？须具有的速度有多大？7.9 km/sGMvR=22MmvGm

6、rr=GMvr=孝义市实验中学校孝义市实验中学校 如果如果不知道地球的质量，但知道地球表面的不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加重力加速度速度 g，如何求宇宙第一，如何求宇宙第一速度速度 v？由由和和222MmvGmgRGMRR 则则639.8 6.4 10m s7.9 10m s7.9 km svgR 由此可见，由此可见，v=7.9 km/s，这就是物体在地面附近绕，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为称为第一宇宙速度第一宇宙速度。孝义市实验中学校孝义市实验中学校 在在地面附近发射飞行器，如果它的速度地面附近发

7、射飞行器，如果它的速度大于大于 7.9 km/s 会会怎样呢？怎样呢？孝义市实验中学校孝义市实验中学校1.第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9 km/s(地面附地面附近、匀速圆周运动）近、匀速圆周运动）2.第二宇宙速度第二宇宙速度：当物体的速度大于或当物体的速度大于或等于等于11.2 km/s时，卫星就会脱离地球的时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。度的物体还受到太阳的引力。3.第三宇宙速度第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于如果物体的速度大于或

8、等于16.7km/s，物体，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。个速度叫第三宇宙速度。孝义市实验中学校孝义市实验中学校 16.7 km/s 称为第三称为第三宇宙速度宇宙速度“旅行者旅行者1号号”探测器探测器1988 年年飞出太阳系飞出太阳系 孝义市实验中学校孝义市实验中学校v运行速度：运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。v发射速度：发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。指被发射物体离开地面时的水平初速度。注意：注意：（1）第一宇宙速度是

9、最小的发射速度）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。最大的环绕速度。（2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。v发射发射v运行运行孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校例例1.发射发射一颗绕地球做匀速圆周运动的一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，如人造卫星，如果果它的轨道半径是地球半径它的轨道半径是地球半径的的 4 倍，它倍，它的轨道速度是的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？第一宇宙速度的多少倍？211212v

10、rvr2112vv 解解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有顿第二定律有设第一宇宙速度设第一宇宙速度为为 v1，卫星，卫星的轨道速度的轨道速度为为 v2 22MmvGmRR GMvR=孝义市实验中学校孝义市实验中学校1.A 星球星球的第一宇宙速度的第一宇宙速度为为 9 km/s，已知已知 B 星球星球的质的质量量是是 A 星球星球质量质量的的 1/81，A 星球星球半径半径是是 B 星球星球半径半径的的 4 倍倍，则，则在在 B 星球星球上发射上发射“近地卫星近地卫星”的环绕速度约的环绕速度约为为 km/s。29BB AAA

11、 BvM rvM r22 km/s9BAvv2孝义市实验中学校孝义市实验中学校例例2.关于关于第一宇宙速度，下列说法中正确的第一宇宙速度，下列说法中正确的是（是（）A.它它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.它它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度BC孝义市实验中学校孝义市实验中学校1.卫星卫星绕地球的运动和受力特点绕地球的运动和受力特点 卫星卫星绕

12、地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向向心力：心力：F引引 =F向向 2.卫星卫星的动力学方程的动力学方程(r v T 的关系的关系)rRMmvGmmrmrmarrT22222 vr1 r31 Tr3 ar21 孝义市实验中学校孝义市实验中学校地球地球对于对于绕地球运动的人造卫星：绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_ _ （2 2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3 3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4 4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5 5）离地面越高，向心加速度

13、越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小小小孝义市实验中学校孝义市实验中学校例例3.人造卫星人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（法正确的是（）A.半径半径越大，速率越大，周期越小越大，速率越大，周期越小 B.半径半径越大，速率越小，周期越大越大，速率越小，周期越大 C.所有所有卫星的角速度均相同，与半径无关卫星的角速度均相同，与半径无关 D.所有所有卫星的速率均相同，与半径无关卫星的速率均相同，与半径无关B孝义市实验中学校孝义市实验中学校在在地心地心上上2.2.现在现在有几种卫星？有几种卫星？按用途分类按用途分类:通信卫星通信卫星;气象

14、卫星气象卫星按轨道分类按轨道分类:极地卫星极地卫星;赤道卫星赤道卫星;其他卫星其他卫星1.1.卫星轨道卫星轨道的圆心在哪儿？的圆心在哪儿？孝义市实验中学校孝义市实验中学校各种各样的卫星各种各样的卫星孝义市实验中学校孝义市实验中学校2.下列下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是是()卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的D孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校1.所谓所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做

15、匀速圆周运动，它它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：的周期：T 24 h。2.所有所有的同步卫星只能的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道分布在赤道上方的一个确定轨道上上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离，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。地面高度为定值。3.地球同步卫星地球同步卫星的特点：的特点：“五个一定五个一定”（1）周期一定：）周期一定：T=24 h（2）高度一定）高度一定:在赤道上空在赤道上空（3）速率、角速度一定）速率、角速度一定（4）轨道平面一定：与地球赤道平面共面）轨道平面一定：与地球赤道平面共面孝义市实验中学校孝义

16、市实验中学校三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球全球孝义市实验中学校孝义市实验中学校卫卫地地卫卫地地地地地地地地设设卫卫星星离离地地面面高高度度为为由由解解得得2232422()()()3.6 10 km4 hGM mmRhRhTGM ThR h例例4.求求同步卫星离地面同步卫星离地面高度。高度。地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度高度 h 处处？地地 5.6R 孝义市实验中学校孝义市实验中学校3.关于关于地球同步卫星，下列说法正确的是地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它它的运行速度的运行速度小于小于 7.9

17、km/s B.它它的运行速度的运行速度大于大于 7.9 km/s C.它它的周期的周期是是 24 h，且轨道平面与赤道平面重合，且轨道平面与赤道平面重合 D.每每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的ACD孝义市实验中学校孝义市实验中学校例例5.求求近地卫星的周期近地卫星的周期地地3 2rTGM 631124(6.37 10)=2 3.14s6.67 105.98 10 3 5.06 10 s=83.4 min我们能发射一颗周期为我们能发射一颗周期为80 min的卫星吗？的卫星吗？孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中

18、学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校孝义市实验中学校一、人造卫星的原理一、人造卫星的原理二、宇宙速度二、宇宙速度 1.第一宇宙速度第一宇宙速度（环绕速度）（环绕速度）v1=7.9 km/s 2.第二宇宙速度第二宇宙速度（脱离速度）（脱离速度）v2=11.2 km/s 3.第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度）（逃逸速度）v3=16.7 km/s三、人造卫星的运动规律三、人造卫星的运动规律四、同步卫星四、同步卫星 1.周期周期 T=24 h 2.卫星轨道卫星轨道平面与地球赤道平面重合平面与地球赤道平面重合五、梦想成真五、梦想成真孝义市实验中学校孝义市实验中学校1.两

19、两颗人造地球卫星质量之颗人造地球卫星质量之比比 m1 m2=1 2，轨道，轨道半径之半径之比比 R1 R2=3 1，下列有关数据之比正确的，下列有关数据之比正确的是是()A.周期周期之之比比 T1 T2=3 1 B.线速度线速度之之比比 v1 v2=3 1 C.向心力向心力之之比比 F1 F2=1 9 D.向心加速度向心加速度之之比比 a1 a2=1 9D孝义市实验中学校孝义市实验中学校2.如如图所示，图所示，a、b、c 是是在地球大气层外圆形轨道上运动在地球大气层外圆形轨道上运动的的 3 颗颗卫星，下列说法正确的是（卫星，下列说法正确的是（）A.b、c 的的线速度大小相等，且线速度大小相等，

20、且大于大于 a 的的线速度线速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且的向心加速度大小相等，且大于大于 a 的的向心加速度向心加速度 C.c加速可追上同一轨道上加速可追上同一轨道上的的 b，b 减速减速可等候同一轨道上可等候同一轨道上的的 c D.a卫星由于某原因，轨道半径卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大缓慢减小，其线速度将增大D孝义市实验中学校孝义市实验中学校3.根据根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度线速度 v 与与该层到该层到土星中心的土星中心的距离距离 R 之间之间的关系。下列判断正确的的关系。下列判断正确的是是()A.若若 v 与与 R 成正比成正比，则环为连续物，则环为连续物 B.若若 v2与与 R 成正比成正比，则环为小卫星群，则环为小卫星群 C.若若 v 与与 R 成成反比，则环为连续物反比，则环为连续物 D.若若 v2与与 R 成成反比，则环为小卫星群反比，则环为小卫星群AD孝义市实验中学校孝义市实验中学校