第五节 宇宙航行

第五节 宇宙航行

教学目标：

1、了解人造卫星的有关知识 2、知道地球同步卫星的相关知识

3、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 4、了解人类探索宇宙的成就

教学重点

第一宇宙速度的推导，同步卫星的应用和相关计算

教学难点

卫星在轨道上运行时各物理量与轨道半径之间的关系

复习巩固

计算天体的质量的方法：

（注意其中R或r代表的物理量）

进行新课

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。

一、 人造地球卫星

1、牛顿对人造地球卫星原理的描绘：

在高山上物体作平抛运动的初速度越大，落地点离山脚越远，当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，成为绕地球旋转的人造地球卫星。 2、人造地球卫星绕地球运行的动力学原因：

3、人造卫星的种类：主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等。 4、卫星的轨道

（1）卫星绕地球运动的轨道可以是 轨道，也可以是 轨道。 （2）卫星绕地球沿 轨道运行时， 是 的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循

（3）卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于 提供卫星绕地球运行的向心力，方向指向 ，所以 必是卫星圆轨道的圆心。卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。

5、卫星的运行

卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形。

例1、试分析在不同轨道上运行的卫星其线速度v、角速度?、周期T、向心加速度an与轨道半径r的关系。

1

例2、已知地球半径是6.4?106m，地球的自转周期24h，地球的质量是5.89?1024kg，引力常量G?6.67?10?11N?m2/kg2，若要发射地球同步卫星，试求：

（1） 地球同步卫星的轨道高度 （2） 地球同步卫星的环绕速度

总结：地球同步卫星的特点：

6、人造卫星中的“超重”和“失重”

（1）发射过程中，整个卫星具有竖直向上的加速度（或加速度有竖直向上的分量）， 卫星内的物体处于 状态。

（2）卫星进入轨道后，绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以 提供向心力，它们对支持物（或对悬绳） 压力（或拉力），卫星上的物体处于 状态。

二、宇宙速度

问题：1、什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？

2、第一宇宙速度是如何推导出来的？还有没有其他方法？

3、将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？ 4、所需的发射速度哪一个更大？为什么？

5、发射速度和卫星的环绕速度是不是同一速度？它们之间有什么关系？

带着这几个问题认真阅读课本内容，思考回答。

1、 2、 3、 4、 5、 例3、金星的半径是地球半径的0.95倍，质量为地球质量的0.82倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

2

跟踪练习：关于第一宇宙速度，下列说法正确的是（ ）

A、 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B、 它是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度 C、 它是使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度 D、 它是卫星在椭圆轨道上运行时的近地点的速度

总结：

三、梦想成真

问题：1、是谁真正为人类迈向太空提供了科学思想？ 2、世界上第一颗人造地球卫星是哪个国家发射的？ 3、最先登上月球的是哪国人？

4、中国载人航天工程是哪一年正式启动的？ 5、中国第一个被送入太空的宇航员是谁？

认真阅读课本“梦想成真”部分内容，回答上述问题。

练习：

1、可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ ） A、与地球某一表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆 B、与地球某一表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆

C、与地表面上赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的 D、与地表面上赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的

2、航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体（ ） A、不受地球的吸引力

B、地球吸引力和向心力平衡 C、对支持它的物体的压力为零 D、受地球的吸引力减小了

3、如图所示，A、B、C是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是（ ）

A. B、C的线速度相等，且大于A的线速度

B. B、C的周期相等，且大于A的周期 C. B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度 D. 若C的速率增大可追上同一轨道上的B

4、在圆轨道上运行的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则（ ）

A、卫星运动的线速度为2Rg

3

B、卫星运动的周期为4?12Rg C、卫星运动的加速度为g

2 D、卫星运动的角速度为

142gR

5、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是（ ）

A、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B、卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度

C、卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道 2上经过Q点时的加速度

D、卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道 3上经过P点时的加速度

6、关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，下列说法正确的是（已知地球半径为64000km）.

A、运行的轨道半径越大，线速度也越大 B、运行的速率可能等于8km/s

C、运行的轨道半径越大；周期也越大 D、运行的周期可能等于80分钟

7、有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r1:r2=4:1，求这两个卫星的：

（1）线速度之比； （2）角速度之比； （3）向心加速度之比； （4）运动周期之比.

4