高一物理必修2__宇宙航行1_

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1、一、牛顿的设想一、牛顿的设想 -发射人造卫星发射人造卫星 思考思考 1.1.卫星绕地球运动的卫星绕地球运动的运动特点和受力特点运动特点和受力特点? ?1.1.卫星绕地球运动的运动和受力特点卫星绕地球运动的运动和受力特点? ? F引 = Fn 二、卫星的动力学方程二、卫星的动力学方程? (r-V- -T的关系的关系)地球地球VTrRrM m22222 TmrmrrVmrMmG 线速度线速度,角速度角速度,周期与轨道半径的关系？周期与轨道半径的关系？(2)由由Mm/r2得得: =3rGM(3)由由F引引mr(2/T)2 得得：GMr3(1)由由 得得: rvmrMm22GMrnR绕同一天体运动时，

2、越大T,v,w,a112466.67 105.89 1016.37 10/7.9/GMRvm skm s这就是物体在地面附近绕地球做这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的匀速圆周运动的速度速度，叫做，叫做第一第一宇宙速度宇宙速度。二、近地卫星二、近地卫星的的运行速度运行速度是多少呢？是多少呢？11226.67 10/GN mkg已知：66.37 10Rm245.89 10Mkg1、第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动地面附近、匀速圆周运动） 2、第二宇宙速度、第二宇宙速度：发射物发射物体的速度大于或等于体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱当时，

3、卫星就会脱当离地球的吸引，不再绕地球离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引速度的物体还受到太阳的引力力3、第三宇宙速度、第三宇宙速度：如果发射物体的速度等于或大于如果发射物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳，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。这个速度叫第三宇宙速度。系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。三、宇宙速度三、宇宙速度-几个特殊的发射速度几个特殊的发射速度（最小的发射速度）（最小的发射速度）【探究问题二探究问题二】(

4、1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作提示：卫星作圆周运动的向心力圆周运动的向心力必须指向地心必须指向地心(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？可能和地球自转同步？abc结论：结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上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方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。周运动。练习：练习：已知地球的半径已知地球的半径是是6400km，地球自转，地球自转的周期的周期24h，地球质量，地球质量5.89102

5、4kg, 引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求：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地球同步卫星的环绕速度v. 四、人造卫星的发射速度和运行速度四、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念 四、人造卫星的发射速度和运行速度四、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离指被发射物在地面附近离开发射装置时的

6、初速度，并且一旦发射后就再开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道 四、人造卫星的发射速度和运行速度四、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上

7、升一定的高度，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度. 四、人造卫星的发射速度和运行速度四、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念注意注意: 卫星的实际环绕速度一定小于发射速度卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度

8、，并且一旦发射后就再开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？学生思考学生思考(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道

9、哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思考学生思考(3)发射速度和卫星绕地球旋转的速度是发射速度和卫星绕地球旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？星运转速度大又说明什么？(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思考学生思考第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度

10、第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?【探究问题三探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s【探究问题三探究问题三】第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度: v=3.1km/sv1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的发射速度第一宇宙速度是最小的发射速度, 也也是最大的环绕速度是最大的环绕速度结论结论:【探究问题三探究问题三】线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与

11、半径的关系：练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：rGMv 练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：rGMv 3rGM 练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：rGMv 3rGM GMrT32 练习：练习：线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：rGMv 3rGM GMrT32 2rGMa 练习：练习：h=3.6107mr=4.2107mv=3km/s

12、T=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球练习：近地卫星、同步卫星、月球三者比较练习：近地卫星、同步卫星、月球三者比较思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球

13、运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小小小思考

14、思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小大大小小小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）

15、离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_小小大大小小小小小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_练习：练习：能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为80min的人的人造地球卫星？造地球卫星？一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、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心力由万有引力提供: :rTmr

16、mrmvrMmG222224 rTmrmrmvrMmG222224 二、三种宇宙速度：二、三种宇宙速度：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、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心力由万有引力提供: :v1=7.9km/s（会推导）（会推导）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s人类航天始祖-万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美

17、国人罗伯特吉姆在1945年出版的火箭与喷射一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。（适当介绍）航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱 齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基 于于1903年发表了年发表了利用利用喷气工具研究宇宙空喷气工具研究宇宙空间间一文和以他的名一文和以他的名字命名的公式，奠定字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机了火箭和液体发动机的理论基础的理论基础还证明了脱离地球引力还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭。必须使用多级火

18、箭。 航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱戈达德戈达德1926年他研制出世界上第一枚液体火箭 航天科学的三位先驱航天科学的三位先驱 冯冯布劳恩布劳恩 第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂。冯布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V-2。V-2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦。人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 尤里尤里加加林加加林 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。 1963年6月16日驾驶宇宙飞船“东方6号”升

19、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人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 尼尔尼尔阿姆斯特朗阿姆斯特朗 巴兹巴兹奥尔德林奥尔德林 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。 人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 布鲁斯布鲁斯麦坎德利斯麦坎德利斯 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，完成了人类首次无安全索太空行走 人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 蒂托蒂托 2001年4月30日，

20、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空观光生活。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。人类遨游太空回顾人类遨游太空回顾 杨利伟杨利伟 2003年10月15日，中国自行研制的“神舟”五号载人飞船，在酒泉卫星发射中心发射升空后，准确进入预定轨道，中国首位航天员杨利伟被顺利送上太空。 一个人最完美和最强烈的情感来一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜！自面对不解之谜！-爱因斯坦爱因斯坦1.把卫星绕地球的运动看做匀速圆把卫星绕地球的运动看做匀速圆周运动周运动,则离地球越远的卫星则离地球越远的卫星( ) A.周期越小周期越小 B.线速度越小线速

21、度越小 C.角速度越小角速度越小 D.加速度越小加速度越小六、练习反馈六、练习反馈2、发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫、发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星星,如果它的轨道半径是地球如果它的轨道半径是地球半径半径4倍倍,它它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？211212vrvr2112vv解解:万有引力提供卫星做圆周运动的向心力万有引力提供卫星做圆周运动的向心力根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有22MmvGmrr整理得整理得设第一宇宙速度为设第一宇宙速度为 ,卫星的轨道速度为卫星的轨道速度为 1v2vGMvr6.5 宇宙航行宇宙航行 (板书设计板书设计)四、宇

22、宙速度：四、宇宙速度：一、牛顿的设想一、牛顿的设想 -发射人造卫星发射人造卫星 二、卫星的动力学方程二、卫星的动力学方程 F引 = F向 )(/9 .72002222最最大大的的运运行行速速度度skmRGMrGMVhRrTmrmrrVmrMmG skmVskmVskmV/7 .16/2 .11/9 . 7321 三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较五、梦想成真：五、梦想成真：结束-休息二二 、同步通讯卫星、同步通讯卫星 1. 1. 同步卫星的周期：同步卫星的周期： 地球自转的周期T=86400s2. 2. 同步卫星的必须在赤道上空同步卫星的必须在赤道上空F向

23、向= F引引F向向F引F引引下节补充内容：下节补充内容：一一 、发射速度与运行速度的区别、发射速度与运行速度的区别 5. 5. 同步卫星的个数同步卫星的个数大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有步通讯卫星只能有120120颗。可见，空间位置也颗。可见，空间位置也是一种资源。是一种资源。3.3.同步卫星的高度同步卫星的高度 h h为固定值（为固定值（h=35786Kmh=35786Km） 222mMTR hGm Rh2234G M ThR4.同步卫星速度同步卫星速度2323.1410/RhTvmsh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运行、沿圆轨道正常运行只受重力只受重力a = g完全失重完全失重与重力有关的现象全部消失与重力有关的现象全部消失天平天平弹簧秤测重力弹簧秤测重力液体压强计液体压强计