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1、 5宇宙航行【知识与技能知识与技能】1 1了解人造卫星的有关知识了解人造卫星的有关知识 2 2知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度宙速度【重点重点】1.1.第一宇宙速度的推导；第一宇宙速度的推导；2.2.人造卫星运动的特点人造卫星运动的特点【难点难点】1.1.线速度、角速度、周期与半径的关系；线速度、角速度、周期与半径的关系；2.2.区别稳定运转速度和发射速度区别稳定运转速度和发射速度导入导入 从远古时代起人们就想象着飞向太空，从远古时代起人们就想象着飞向太空，奔向月球，那么怎样才能实现这一梦想呢奔向月球，那么怎样才能实现这一梦想呢?这一节我们来探究这
2、个问题这一节我们来探究这个问题300多年多年前，牛顿前，牛顿提出设想提出设想:从高山上用不从高山上用不同的水平速度抛出同的水平速度抛出物体物体,速度越大速度越大,落落点离山脚越远点离山脚越远.一、宇宙速度一、宇宙速度地球 如果没有空气阻力如果没有空气阻力,当速度当速度足够大时足够大时,物体就永远不会落到物体就永远不会落到地面上地面上,它将成为一颗绕地球运它将成为一颗绕地球运动的动的人造地球卫星人造地球卫星.方法一：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星方法一：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力。的万有引力提供向心力。设地球质量为设地球质量为M，半径为，半径为R.人造地球卫星在圆人造
3、地球卫星在圆轨道上运行，质量为轨道上运行，质量为m，轨道半径为，轨道半径为r.从上式可以看出从上式可以看出:,卫星离地心越远，它运行的速度越慢卫星离地心越远，它运行的速度越慢。对于靠近地面的卫星，可以认为此时的对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似近似等于地球半径等于地球半径R，把，把r用地球半径用地球半径R代入，可以求出代入，可以求出 方法二：卫星绕地球做圆周运动，重力提供向方法二：卫星绕地球做圆周运动，重力提供向心力。心力。1第一宇宙速度第一宇宙速度(7.9km/s)卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，叫卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，叫第一宇宙速度第一宇宙速度 将人造地球卫
4、星送入预定的轨道运行所必须具将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具有的速度，叫发射速度有的速度，叫发射速度 轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小 因此，因此，第一宇宙速度第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，速度，是人造地是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大最大速度，速度，也是发射人造地球卫星的最小速度也是发射人造地球卫星的最小速度 2、第二宇宙速度第二宇宙速度：在地面上发射飞行器，在地面上发射飞行器，如果发射速度大于如果发射速度大于
5、7.9 km/s而小于而小于11.2 km/s时，它绕时，它绕地球运行的轨道不是圆而是地球运行的轨道不是圆而是椭圆当发射速度等于或大椭圆当发射速度等于或大于于11.2 km/s时，它就会克服时，它就会克服地球的引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其他地球的引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其他行星上去行星上去11.2 km/s称为第二宇宙速度称为第二宇宙速度 3、第三宇宙速度第三宇宙速度：当物体的速度当物体的速度v16.7km/s，物体就摆脱了，物体就摆脱了太太阳引力的束缚阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫个速度叫第三宇宙速度第三宇宙速度。V1=
6、7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s描述卫星运动的量？描述卫星运动的量？线速度、角速度、周期与半径的关系线速度、角速度、周期与半径的关系？(1)由由 得得:(2)由由Mm/r2 得：得：(3)由由GMm/r2 得：得：可见：可见：V、W、T 与与 r 为为 一一 一对应关系一对应关系二、梦想成真二、梦想成真 探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，现在真的人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真梦想成真”了了 1957年年10月月4日，世界上第一颗人造地球卫星日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功发射成功 196
7、1年年4月月12日，苏联空军少校加加林进入了日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号东方一号”载人飞船火箭点火起飞绕地球飞行载人飞船火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑 1969年年7月月16日日9时时32分，分，“阿波罗阿波罗11号号”成成功登临月球，载人航天技术迅速发展功登临月球，载人航天技术迅速发展 1992年，中国载人年，中国载人航天工程正式启动航天工程正式启动 2003 年年 10月月 15日日9时，我国时，我国“神舟神舟”五号五号宇宙飞船在酒泉卫星
8、发宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟国第一位航天员杨利伟送入太空送入太空 这次成功发射实现了这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦中华民族千年的飞天梦想想 伴随着伴随着“神舟神舟”五号的发射成功，中国已正式五号的发射成功，中国已正式启动启动“嫦娥工程嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程，开始了宇宙探索的新征程 2005年年10月月12日日9时时整，航天员费整，航天员费俊龙、聂海胜俊龙、聂海胜驶乘神舟六号驶乘神舟六号载人飞船飞向载人飞船飞向太空，开始了太空，开始了中国人首次双中国人首次双人太空多日行。人太空多日行。这标志着中国载人航天飞行由神舟五号的验
9、这标志着中国载人航天飞行由神舟五号的验证性飞行试验完全过渡到真正意义上有人参与的证性飞行试验完全过渡到真正意义上有人参与的空间飞行试验。空间飞行试验。1关于第一宇宙速度，下列说法中错误的是关于第一宇宙速度，下列说法中错误的是()A它是人造地球卫星绕地球飞行的最大速度它是人造地球卫星绕地球飞行的最大速度 B它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运动速度动速度 C它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度射速度 D它是卫星在椭圆轨道上运动时近地点的速它是卫星在椭圆轨道上运动时近地点的速度度 D 2人造地球卫星绕地球做圆周运动的线速
10、度人造地球卫星绕地球做圆周运动的线速度可以是可以是()11.2km/s 7.9km/s 6km/s 16.7km/s A B C D B 3在地面上某一高度运行的人造卫星，下列在地面上某一高度运行的人造卫星，下列说法中正确的是说法中正确的是()A该卫星在轨道上的运行速度大于第一宇宙该卫星在轨道上的运行速度大于第一宇宙速度速度 B该卫星在轨道上的运行速度小于第一宇宙该卫星在轨道上的运行速度小于第一宇宙速度速度 C发射该卫星时的发射速度大于第一宇宙速发射该卫星时的发射速度大于第一宇宙速度度 D发送该卫星时的发射速度小于第一宇宙速发送该卫星时的发射速度小于第一宇宙速度度 BCD 4人造卫星离地面距离
11、等于地球半径人造卫星离地面距离等于地球半径R，卫，卫星以速度星以速度v沿圆轨道运动，设地面的重力加速度为沿圆轨道运动，设地面的重力加速度为g，则有，则有()AV=4gR BV=2gR CV=gR DV=gR/2 51990年年3月，紫金山天文台将月，紫金山天文台将1965年年9月月20日发现的一颗小行星命名为吴健雄星，直径为日发现的一颗小行星命名为吴健雄星，直径为32km，如果该行星的密度与地球相同，则对该小，如果该行星的密度与地球相同，则对该小行星来说，其上物体的第一宇宙速度约为多少行星来说，其上物体的第一宇宙速度约为多少?(已知地球半径为已知地球半径为6400km，地球上第一宇宙速度为，地
12、球上第一宇宙速度为7.9km/s)解：由于解：由于吴健雄星吴健雄星的密度与地球的密度相的密度与地球的密度相近，近，所以有所以有M地地/(4r3地地/3)=M吴吴/(4r3吴吴/3)即即M吴吴=M地地(r吴吴/r地地)3 代入环绕速度公式得代入环绕速度公式得 v=GM吴吴/r吴吴=GM地地r吴吴2/r地地3=r吴吴v1/r地地=20m/s火星的半径为地球半径的一半，火星的质火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的量为地球质量的19问：问：(1)火星上的重力加速度是地球上的重力加速火星上的重力加速度是地球上的重力加速度的几倍度的几倍?(2)若要在火星上发射一颗人造卫星，那么该若要在火星上发射一颗人造卫星，那么该卫星环绕火星的第一宇宙速度是多少卫星环绕火星的第一宇宙速度是多少?在地球上抛出的物体，当它的速在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。简称人造卫星。人造地球卫星。简称人造卫星。地球 二、宇宙速度：二、宇宙速度：1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度：v=7.9km/s 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：v=11.2km/s 3、第三宇宙速度：、第三宇宙速度：v=16.7km/s V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s