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4 宇宙航行
第七章 万有引力与宇宙航行
导入新课
观看嫦娥卫星的发射过程，注意在卫星发射的过程中分为几个步骤？
都有什么操作控制？操作的目的是什么？
牛顿的加农炮——
牛顿曾设想过一个理想实验：在山顶发射一枚炮弹，炮弹将落到地面上，发射速度越大，落地的水平距离越远。牛顿设想如果炮弹的初速度足够大，则炮弹将不会落回地面。那这个速度应该是多大呢？
一、近地卫星和宇宙速度
☆情境导入
1、在地球表面的物体，受到的地球的引力、太阳的引力分别为多大？
已知此物体的质量为1kg，地球质量为6×1024kg，地球半径为6400km，太阳质量为2×1030kg，日地距离约为1.5×108km，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2。计算结果说明什么？
☆交流讨论
一、近地卫星和宇宙速度
2、如果认为地面附近的物体只受地球的引力作用，如导入中的情景，如果物体不落回地面，则物体应该做什么运动？
一、近地卫星和宇宙速度
如果物体不落回地面，则会围绕地球表面做匀速圆周运动
3、物体围绕地球表面做匀速圆周运动时，哪个力为其提供向心力？根据动力学关系，你能得出什么结论？
一、近地卫星和宇宙速度
第一宇宙速度
4、如果卫星的发射初速度小于第一宇宙速度，卫星会怎样运动？
一、近地卫星和宇宙速度
如果速度 ，卫星受到的引力大于所需向心力，卫星将会做近心运动，落回地面。
一、近地卫星和宇宙速度
等于或大于第二宇宙速度，脱离地球的吸引
等于或大于第三宇宙速度，脱离太阳的吸引
5、如果卫星的发射初速度大于第一宇宙速度，卫星会怎样运动？
小于第二宇宙速度，绕地球的运行轨迹为椭圆
1、物体围绕地球表面做圆周运动时的速度满足：
此速度叫做第一宇宙速度，最大环绕速度
☆梳理深化
一、近地卫星和宇宙速度
2、第一宇宙速度是物体不落回地面的最小速度，物体的初速度小于第一宇宙速度时物体将会落回地面。
3、以第一宇宙速度围绕地球表面运行的物体称之为地球的近地卫星。
一、近地卫星和宇宙速度
4、第二宇宙速度：
飞行器的发射速度为11.2km/s，
摆脱地球的吸引；
5、第三宇宙速度：
飞行器的发射速度为16.7km/s，
摆脱太阳的吸引；
☆巩固提升
例1、已知月球质量是地球的1/81，月球半径是地球的3/11，你能否求出物体离开月球表面所需要的第一宇宙速度。
一、近地卫星和宇宙速度
☆情境导入
小明想要将一包10kg重的大米运到3米的高台上，有两种方式，你觉得哪种方式 消耗能量更少？
①将大米搬到高台上 ②给大米一个初速度将大米扔到台上
二、卫星的变轨
如果将大米搬到高台上，需要克服大米和自身的重力做功，将大米扔到台上只需要克服大米自身的重力做功，因此第二种方案消耗能量更少。
类似的，怎样发射一颗卫星才能既消耗比较少的能量同时又能运送到比较高的轨道呢？
☆交流讨论
1、如果使物体在地面上具有第一宇宙速度的初速度，物体将会怎样运动？此时物体的运动和受力之间有什么关系？
二、卫星的变轨
物体将围绕地球表面做匀速圆周运动，此时满足
2、如果想让此物体远离地球表面，物体需做什么运动？此时物体的运动和受力之间需满足什么关系？应该怎样操作才能满足此关系。
二、卫星的变轨
物体远离地球表面，需做离心运动，此时需满足
为满足此条件，需增大物体所需的向心力，
即增加物体的速度
3、在物体远离地面的过程中，引力与所需向心力的变化如何？随着两个力的变化，物体又将会做什么运动？
二、卫星的变轨
物体远离地球表面的过程中，引力和向心力都不断减小，向心力减小的更快，因此到达最远位置时
此时物体做向心运动，又向地球运动
4、若使物体保持在较高的轨道上做圆周运动，应该使物体运动和受力之间满足什么关系？怎样操作才能满足此关系？
二、卫星的变轨
若使物体做圆周运动，应该使物体满足
因为此刻物体满足
所以应该在远地点再次使物体加速
卫星从地面运行到高空需要经历以下三个过程
（1）将卫星发射到近地轨道Ⅰ上
（2）在近地点A点附近，加速使卫星做
离心运动，卫星将沿轨道Ⅱ做椭圆运动
（3）在远地点B点附近，加速使卫星沿
轨道Ⅲ做圆周运动
☆梳理深化
二、卫星的变轨
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
☆巩固提升
例2、判断卫星在变轨过程中，卫星物理参量的大小关系。
二、卫星的变轨
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
为维持信号传递的稳定，通信卫星需要和地球上的某点保持相对静止。
应该如何发射卫星才能使卫星和地球同步呢？
三、稳定运行的卫星
☆情境导入
☆交流讨论
1、稳定运行的卫星，围绕地球做匀速圆周运动，此时卫星的运动和受力满足什么关系？
三、稳定运行的卫星
2、稳定运行的卫星，围绕地球做匀速圆周运动，此时卫星的
运动和受力满足什么关系？
计算v的大小，分析卫星速度
和什么有关系？
三、稳定运行的卫星
3、试根据向心力的其他表达式计算出卫星的角速度ω、
周期T、加速度a的大小并分析
卫星的参量和什么有关系？
三、稳定运行的卫星
角速度、周期、加速度都只和高度有关
三、稳定运行的卫星
4、根据分析，如果卫星要相对地面静止，需要具备什么条件？
三、稳定运行的卫星
除了高度要求之外，要保持相对地面静止，还需要同步卫星:
1、自西向东公转
2、公转轨道和赤道在同一平面上
4、根据分析，如果卫星要相对地面静止，需要具备什么条件？
☆梳理深化
三、稳定运行的卫星
1、围绕地球运行的卫星，受地球的引力提供做圆周运动的向心力，满足方程：
可得卫星参数：
可见地球周围卫星的运动参量只与卫星轨道高度有关
☆梳理深化
三、稳定运行的卫星
2、对于地球同步卫星，需要具备以下条件：
（1）公转轨道与赤道在同一平面上
（2）自西向东公转
（3）位于离地面约36000km的高空
其基本参量为：
运动参量 轨道高度 线速度 角速度 周期 加速度
实际数值 35786km 3.08km/s 7×10-5/s 24h 0.19m/s2
☆巩固提升
例3.如图，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　 ）
A．甲的向心加速度比乙的小
B．甲的运行周期比乙的小
C．甲的角速度比乙的大
D．甲的线速度比乙的大
三、稳定运行的卫星
A
四、载人航天与太空探索
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈，10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场
中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家
四、载人航天与太空探索
1、 1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。
2、1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。
3、 1969年7月16日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。
课堂小结
小结
1
2
3
近地卫星和宇宙速度
卫星的变轨
稳定运行的卫星
课外拓展-第二宇宙速度和第三宇宙速度
如果地面上的物体具有比第一宇宙速度大很多的初速度，物体将会远离地面以至于离地面无穷远时速度变为零，不再返回地球，此速度称为第二宇宙速度。大小为：
如果物体初速度大到以至于太阳的引力都无法束缚，物体将会离开太阳系，此时物体的初速度称为第三宇宙速度，大小为：
感谢观看，你今天收获了什么？

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