第五节宇宙航行第五节宇宙航行一、牛顿设想：地面上的物体，怎一、牛顿设想：地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？样才能成为人造地球卫星呢？300多多年前，年前，牛顿提牛顿提出设想出设想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。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度速度v如何推算？如何推算？ 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。这就是人造地球卫星在地面附近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绕地球做匀速圆周运动所必须具有的有的最低发射速度最低发射速度，叫做，叫做第一宇第一宇宙速度宙速度。近地面的卫星的速度是多少呢？近地面的卫星的速度是多少呢？提示提示 ：同学们算算，近地卫星的：同学们算算，近地卫星的周期又是多少呢？周期又是多少呢？思考：思考：我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为70min的的卫星呢？卫星呢？不能！不能！二、宇宙速度二、宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度： ( (环绕速度环绕速度） V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：( (脱离速度脱离速度) ) V2=11.2km/sV3=16.7km/s3 3、第三宇宙速度：（、第三宇宙速度：（逃逸速度逃逸速度）人造行星人造行星人造恒星人造恒星人造卫星人造卫星概念辨析概念辨析发射速度和运行速度发射速度和运行速度1、发射速度：、发射速度：是指被发射物在地面附近离开是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。发射装置时的速度。2、运行速度：、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。匀速圆周运动的速度。r v近地卫星近地卫星其它卫星其它卫星宇宙速度均指发射速度宇宙速度均指发射速度第一宇宙速度为在地面发射卫星的最第一宇宙速度为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小速度，也是环绕地球运行的最大速度四、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五、地球同步卫星五、地球同步卫星1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的、所谓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，同步地人造卫星，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：做匀速圆周运动，它的周期：T24h2、所有的同步卫星只能、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一分布在赤道上方的一个确定轨道上个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球，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。赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。 思考：地球同步卫星能否思考：地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定位于北京正上方某一确定高度高度h ？所有的同步卫星只能分布在赤所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。道上方的一个确定轨道上。注：为了卫星之间不互相干扰，注：为了卫星之间不互相干扰，大约大约3左右才能放置左右才能放置1颗，这样颗，这样地球的同步卫星只能有地球的同步卫星只能有120颗。颗。可见，空间位置也是一种资源。可见，空间位置也是一种资源。h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较例题分析例题分析（双星问题双星问题） 解题要点：解题要点：双星的向心力大小相双星的向心力大小相同同双星的角速度相同双星的角速度相同凡是人造卫星的问题都可从下列关凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即系去列运动方程，即:重力重力=万有引力万有引力=向心力向心力神州六号的发射模拟神州六号的发射模拟例1: 设地球的质量不变设地球的质量不变,而地球半径而地球半径增加为原来的增加为原来的2倍倍,那么从地球那么从地球发射的第一宇宙速度的大小应发射的第一宇宙速度的大小应为原来的为原来的 ( ) A. 倍倍 B. 倍倍 C. 倍倍 D.2倍倍B例2：关于宇宙速度，下列说法正确的是：（关于宇宙速度，下列说法正确的是：（ ）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的 最小发射速度最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行 的最小速度的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时 的最大速度的最大速度D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小 速度速度A例3： 关于地球同步卫星，下列说法正确的是（关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）A.它的运行速度小于它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的的ACD如图所示，如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上是在地球大气层外圆形轨道上运动的运动的3颗卫星，下列说法正确的是：颗卫星，下列说法正确的是：A、b、c的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于a的线速度；的线速度；B、b、c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a的向心的向心 加速度；加速度；C、c加速可追上同一轨道加速可追上同一轨道 上的上的b，b减速可等候减速可等候 同一轨道上的同一轨道上的c；D、a卫星由于某原因，轨卫星由于某原因，轨 道半径缓慢减小，其线道半径缓慢减小，其线 速度将增大。速度将增大。例题分析例题分析D小小 结结：一、宇宙速度一、宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s 2、第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s 3、第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s二、同步卫星二、同步卫星 1、周期周期T=24h 2、卫星轨道平面与地球赤道平面重合卫星轨道平面与地球赤道平面重合作业：作业：1、航天事业正改变着人类的生活，请你到、航天事业正改变着人类的生活，请你到网上查阅，近几年的航天大事的资料，阐网上查阅，近几年的航天大事的资料，阐述年的观点，与同学交流。述年的观点，与同学交流。2、做课后题目、做课后题目1、2、3。