6.5 宇宙航行

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1、6.5宇宙航行一、牛頓的設(shè)想牛頓就曾設(shè)想,從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點一次比一次遠(yuǎn),如不計空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時,物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星了。1、牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪:一、牛頓的設(shè)想2、人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學(xué)原因。人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供。3、人造衛(wèi)星的運行規(guī)律設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星的繞行速度v、角速度ω、周期T與軌道半徑r的關(guān)系1、繞行速度v與r的關(guān)系rv2、角速度ω與r的關(guān)系3、

2、周期T與r的關(guān)系高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小、角速度小，周期長。線速度、角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系練習(xí)1：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越（2）離地面越高，線速度越（3）離地面越高，周期越（4）離地面越高，角速度越（5）離地面越高，向心加速度越小大小小小練習(xí)2兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運行，它們的質(zhì)量不相等，軌道半徑之比r1:r2=1:4,則它們的(1)線速度大小之比v1:v2=(2)周期之比T1:T2=4、地球同步衛(wèi)星1.周期T=_______24h2.軌道平面___________赤道平面4.R、v、ω、T、an3.

3、h=_________36000km“全部固定”相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星。思考：同步衛(wèi)星的哪些物理量是不變的呢？同步衛(wèi)星又叫靜止軌道衛(wèi)星，通常用作通訊衛(wèi)星結(jié)論：地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。人造衛(wèi)星發(fā)射速度與運行速度（1）發(fā)射速度：指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度。衛(wèi)星一旦發(fā)射后就再無能量補充，僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運動軌道。（2）運行速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度．注意：衛(wèi)星的實際運行速度一定小于發(fā)

4、射速度．二、宇宙速度分析當(dāng)衛(wèi)星在地面附近繞地球運行，軌道半徑r即為地球半徑R1、第一宇宙速度地球半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=5.98×1024kg衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度——第一宇宙速度。最小的發(fā)射速度，最大的運行速度。（半徑最小）要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s。但所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度（在軌道上的速度）都必須小于7.9Km/s。所以第一宇宙速度是：計算2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能克服地球的引力作用，永遠(yuǎn)的離開地球而繞太陽運動。注意：發(fā)

5、射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡不是圓，而是橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。3、第三宇宙速度大?。簐=16.7km/s意義：以這個速度發(fā)射，物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外。注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。練習(xí)3、求：人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運動的周期T.=84.6min最小周期問題：能否發(fā)射一顆周期為８

6、０分鐘的人造衛(wèi)星？三、夢想成真1957年10月，原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一圈請同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識計算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星的線速度是多少？世界航天幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號載人飛船。實現(xiàn)了人類第一次進(jìn)入太空。他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗。火箭點火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時108分，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類進(jìn)入太空的豐碑。世界航天1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球。當(dāng)時，上億人通過電視注

7、視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在月球上邁出了一小步，確是人類邁出的一大步。世界航天航天飛機資料：可重復(fù)使用的用運載火箭發(fā)射的飛行器，用于進(jìn)入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運送人員和物資，并滑翔降落于地面。1984年4月12日，第一架航天飛機哥倫比亞號發(fā)射成功。世界航天2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機上的七名宇航員，包括六名美國人及一名以色列人全部遇難。無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。世界航天“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元

8、，于1990年4月25日由美國航天飛機送上高590千米的太空軌道。哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面的廣