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，会推导第知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度一宇宙速度, ,培养学生运用知识解决问题培养学生运用知识解决问题的能力的能力。3 3、通过实例，了解人类对太空的探索历通过实例，了解人类对太空的探索历程程。能通过航天事业的发展史说明物理学能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用的发展对于自然科学的促进作用。第五节第五节 宇宙航行宇宙航行万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路行问题，也为人们开辟了上天的理论之路。现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间。和空间。”19571957年年1010月月4 4日日，前苏联用三级火箭，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星发射了世界上第一颗人造地球卫星“旅行者旅行者1 1号号”，人类开始迈入航天时代。，人类开始迈入航天时代。 20032003年年1010月月1515日日，“神舟五号神舟五号”飞船载着中国第一位航天员杨飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，这标志着我国进入了载人航利伟成功升空，这标志着我国进入了载人航天时代天时代。那么，那么，多大的速度才能使物体不再多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？我国第一颗人造卫星我国第一颗人造卫星“东方红一号东方红一号”一、宇宙速度一、宇宙速度问题探究：问题探究：1 1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2 2、月球也要受到地球引力的作用，为什么、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？月亮不会落到地面上来？3 3、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？速度达到一定值后，物体还能否落回地何变化？速度达到一定值后，物体还能否落回地面？若不能，此速度必须满足什么条件？若此速面？若不能，此速度必须满足什么条件？若此速度再增大，又会出现什么现象？度再增大，又会出现什么现象？4 4、什么叫人造地球卫星？轨道平面、种类？、什么叫人造地球卫星？轨道平面、种类？关于卫星关于卫星所有卫星都在以地心为所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨圆心的圆（或椭圆）轨道上道上 1 1、人造卫星：人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物物体绕地球做圆周运动时，此物体成为地球的卫星体成为地球的卫星2 2、卫星轨道：卫星轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道道。（1 1）圆轨道时，地心圆轨道时，地心必须是卫星圆轨道的圆心必须是卫星圆轨道的圆心，卫星的轨道平面可以在赤道平面内卫星的轨道平面可以在赤道平面内( (如同步卫如同步卫星星) )，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度面成任一角度。（2 2）椭圆轨道时，地心椭圆轨道时，地心是椭圆的一个焦点，其是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。3 3、卫星的种类：卫星的种类：卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类卫星等种类。第五节第五节 宇宙航行宇宙航行问题探究：问题探究：(1(1）教材在推导卫星的运动速度的时候，）教材在推导卫星的运动速度的时候，选取的卫星轨道的形状是什么？卫星的所选取的卫星轨道的形状是什么？卫星的所有轨道都是这种形状吗？有轨道都是这种形状吗？(2(2）人造卫星做圆周运动时向心力从何而）人造卫星做圆周运动时向心力从何而来？卫星环绕地球运转的动力学方程是什来？卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？么？(3(3）请关闭书本后推导出卫星做圆周运动）请关闭书本后推导出卫星做圆周运动的速度表达式？的速度表达式？ 问题探究：问题探究：(4(4）如果卫星绕地球做匀速圆周运动而不落回地）如果卫星绕地球做匀速圆周运动而不落回地面，它的速度大小与卫星离开地面的高度的关面，它的速度大小与卫星离开地面的高度的关系是怎样的？能否根据这个关系得出结论，将系是怎样的？能否根据这个关系得出结论，将卫星发射得越高越容易？为什么？卫星发射得越高越容易？为什么？(5(5）卫星绕地球运转的最小半径是多少？）卫星绕地球运转的最小半径是多少？(6(6）在地面附近的物体要成为卫星而不落回地）在地面附近的物体要成为卫星而不落回地面，必须给它至少以多大的速度才行？这个速面，必须给它至少以多大的速度才行？这个速度是怎样计算出来的？度是怎样计算出来的？ 人造卫星的运动规律：人造卫星的运动规律：可见：可见：v v、T T 与与 r r 为为 一一 一对应关系一对应关系问题讨论：问题讨论：1 1、能不能发射这样的地球卫星，它绕地、能不能发射这样的地球卫星，它绕地球的轨道平面不经过地球的球心？为什么球的轨道平面不经过地球的球心？为什么？2 2、人造卫星的轨道平面有何特点？你知、人造卫星的轨道平面有何特点？你知道为什么吗？道为什么吗？3 3、为什么实际的卫星轨道只能大气层外、为什么实际的卫星轨道只能大气层外？地球同步卫星的含义是什么？地球同步卫星的含义是什么？4 4、为什么地球同步卫星轨道平面一定和、为什么地球同步卫星轨道平面一定和地球的赤道平面重合？地球的赤道平面重合？关于地球同步卫星关于地球同步卫星对同步卫星有对同步卫星有什么要求？什么要求？轨道平面轨道平面周期周期T T半径半径 r r运行速度运行速度 V V绕行方向绕行方向地球同步卫星地球同步卫星如果人造地球卫星的周期与地球自转周期相同，如果人造地球卫星的周期与地球自转周期相同，转动方向也相同，从地面观察这种卫星好像静止转动方向也相同，从地面观察这种卫星好像静止在空中一样，这就是地球同步卫星。在空中一样，这就是地球同步卫星。特点：特点：1 1、定周期：、定周期：即运行周期即运行周期T T等于地球自转周期等于地球自转周期(24h)(24h)2 2、定轨道平面：、定轨道平面：即运行平面在赤道平面内；即运行平面在赤道平面内；3 3、定高度：、定高度：即离地面高度即离地面高度h h一定一定(h=3.6(h=3.610104 4km)km)4 4、定速率：、定速率：V(3.1km/s)V(3.1km/s)5 5、定点：、定点：赤道上方相对地面静止赤道上方相对地面静止一、宇宙速度一、宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度：人造卫星在地面附近人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度。度叫第一宇宙速度。 （环绕速度）（环绕速度）v v1 1=7.9km/s=7.9km/s人造卫星人造卫星地球V V1 1=7.9km/s=7.9km/s法一：法一： V V1 1=7.9km/s=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：人造卫星绕地球做椭圆轨道运人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。v v2 2=11.2km/s=11.2km/s( (脱离速度脱离速度) ) V V2 2=11.2km/s=11.2km/sV V3 3=16.7km/s=16.7km/s3 3、第三宇宙速度：、第三宇宙速度：人造卫星挣脱太阳引力的束人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度。速度叫第三宇宙速度。（逃逸速度）（逃逸速度）人造行星人造行星人造恒星人造恒星1883年，俄国学者齐奥年，俄国学者齐奥尔科夫斯基提出使用火尔科夫斯基提出使用火箭发射宇宙飞船的设想箭发射宇宙飞船的设想。梦梦 想想 成成 真真梦梦想想成成真真神舟六号载人航天神舟六号载人航天飞行圆满成功飞行圆满成功同步卫星二、梦想成真二、梦想成真1 1、是谁真正为人类迈向太空提供了科是谁真正为人类迈向太空提供了科学思想？学思想？2 2、世界上第一颗人造地球卫星是哪个世界上第一颗人造地球卫星是哪个国家发射的？国家发射的？3 3、最先登上月球的是哪国人？最先登上月球的是哪国人？4 4、中国载人航天工程是哪一年正式启中国载人航天工程是哪一年正式启动的？动的？5 5、中国第一个被送入太空的航天员是、中国第一个被送入太空的航天员是谁？谁？例例1 1、在圆轨道上质量为在圆轨道上质量为m m的人造地球卫星，的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径它到地面的距离等于地球半径R R，地面上，地面上的重力加速度为的重力加速度为g g，则，则( () )A A、卫星运行的速度为卫星运行的速度为B B、卫星运行的周期为卫星运行的周期为44C C、卫星的加速度为卫星的加速度为 g gD D、卫星的动能为卫星的动能为 mgRmgR练习练习1 1、有两颗人造卫星，都绕地球做有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比比r r1 1r r2 24 41 1，求这两颗卫星的：，求这两颗卫星的：(1)(1)线速度之比；线速度之比；(2)(2)角速度之比；角速度之比；(3)(3)周期之比；周期之比；(4)(4)向心加速度之比。向心加速度之比。练习练习2 2、 我国将要发射一颗绕月运行的探我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星月卫星“嫦娥嫦娥1 1号号”，设该卫星的轨道是设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的量约为地球质量的 ，月球的半径约为，月球的半径约为地球半径的地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度，地球上的第一宇宙速度约为约为7.9 km/s7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的，则该探月卫星绕月运行的速率约为速率约为( () )A A、0.4 km/s0.4 km/sB B、1.8 km/s1.8 km/s C C、11 km/s11 km/s D D、36 km/s36 km/sh=3.6h=3.610107 7m mr=4.2r=4.210107 7m mv=3km/sv=3km/sT=24hT=24hh=3.8h=3.810108 8m mr3.8r3.810108 8m mv=1km/sv=1km/sT=27T=27天天h0h0r=6.4r=6.410106 6m mv=7.9km/sv=7.9km/sT=84T=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、近地卫星、同步卫星、同步卫星、月球月球三者三者比较比较讨论讨论:1、做圆周运动的物体什么情况下做离心、做圆周运动的物体什么情况下做离心运动？什么情况下做近心运动？运动？什么情况下做近心运动？2、卫星要想从低轨道到高轨道或从高轨、卫星要想从低轨道到高轨道或从高轨道到低轨道你认为怎么办？道到低轨道你认为怎么办？3、同一轨道上的卫星后一个想追上前面、同一轨道上的卫星后一个想追上前面一个怎么办？一个怎么办？练习练习1：如图所示如图所示a为正在绕地球做匀速圆周运动为正在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船，宇航员发现在飞船的后面与飞船在的宇宙飞船，宇航员发现在飞船的后面与飞船在同一轨道上有一块陨石同一轨道上有一块陨石b，为了避免二者相碰，为了避免二者相碰，宇航员采取的措施与对应的结果正确的有（宇航员采取的措施与对应的结果正确的有（ ）A、使飞船减速，它就能到更高的轨道上，避、使飞船减速，它就能到更高的轨道上，避开陨石。开陨石。B、使飞船加速，它就能到较、使飞船加速，它就能到较低的轨道上，避开陨石。低的轨道上，避开陨石。C、即使不采取任何措施，陨石、即使不采取任何措施，陨石也不会与飞船相碰。也不会与飞船相碰。D、应该发射导弹将陨石击碎才能避免相碰、应该发射导弹将陨石击碎才能避免相碰ab练习练习2、航天飞机中的物体处于失重状态，、航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体（是指这个物体（ ）A、不受地球的吸引力；、不受地球的吸引力； B、地球吸引力和向心力平衡；、地球吸引力和向心力平衡；C、对支持它的物体的压力为零；、对支持它的物体的压力为零； D、受地球的吸引力减小了。、受地球的吸引力减小了。