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宇宙航行
牛顿的思考
水平抛出的物体：初速度越大其射程越大。
地球是一个球体，那么当平抛的出初速度很大时，物体是否还能落回地面？
V0
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
（已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2，地球质量M=5.98×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
思路1：在地球周围做圆周运动，物体相当于环绕天体，地球相当于中心天体。物体所受的万有引力提供其做圆周运动的向心力。
思路2：在地球表面做圆周运动，由于自转影响很小，在地球表面，万有引力近似等于重力，可视为重力提供圆周运动的向心力。
1、第一宇宙速度（环绕速度）
（1）定义：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。
（2）大小：
（3）计算方法：
（1）地球表面物体，重力等于万有引力提供环绕的向心力；
（2）作为环绕物体，万有引力提供向心力。
宇宙速度
1、发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充。
2、运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。
拓展概念1：发射速度和运行速度
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
宇宙速度
思考1：
向更高轨道发射卫星与发射卫星到地表附近相比，哪个需要的发射速度大？为什么？
★如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；
★等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
它是能使人造卫星发射出去并可以在地面附近绕地球做匀速圆周运动，所必须具备的最小速度。
1、第一宇宙速度（环绕速度）V1=7.9km/s　　
宇宙速度
最小发射速度
宇宙速度
思考2：
更高轨道的卫星与地球表面的卫星相比哪个运行速度大？为什么？
最大运行（环绕）速度
题组：宇宙速度
题1、 假设地球的质量不变，而地球的半径变为原来的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的（ ）
A． B． C． D．2倍
B
2、第二宇宙速度（逃逸速度）
（1）定义：当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
（2）大小：
宇宙速度
2、第二宇宙速度（逃逸速度）
说明：
★如果物体的发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。
宇宙速度
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。
宇宙速度
3、第三宇宙速度（脱离速度）
（1）定义：当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。
（2）大小：
宇宙速度
3、第三宇宙速度（脱离速度）
说明：
★如果人造天体的发射速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点。
这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
★如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了。
V0
B
A
C
V1=7.9km/s
第一宇宙速度
V2 =11.2km/s
第二宇宙速度
V3 =16.7km/s
第三宇宙速度
7.9km/s宇宙速度
题组：宇宙速度
题2 已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 。下列关于从地球发射的火星探测器，说法正确的是（　　）
A．发射速度只要高于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度不能低于第二宇宙速度
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的
CD
对于从地球发射出去的人造卫星而言：
（1）地球质量：M（此时的中心天体）
（2）卫星质量：m（此时的环绕天体）
（3）卫星到地心的距离：r（此时的轨道半径）
（4）卫星的环绕速度：v（此时围绕地球做圆周运动的运行速度）
（5）卫星的运行周期（公转周期）：T（此时围绕地球运转一圈所需的时间）
拓展概念2：描述卫星的参量
人造地球卫星
（一）人造卫星轨道：
人造地球卫星
1、赤道轨道：
卫星轨道始终处于赤道平面，卫星始终在赤道上空。
2、极地轨道：
卫星轨道平面始终与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。
3、一般轨道：
卫星轨道平面始终与赤道成一定角度。
（二）人造卫星的运动规律：
涉及物理模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
思考：卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度、角速度、周期与轨道半径r分别有什么样的关系？
人造地球卫星
人造地球卫星
r大皆小T除外
人造地球卫星
如图：四颗环绕地球的人造卫星，其向心加速度、角速度、线速度以及周期的关系如何？
题组：卫星运行参量的分析与比较
题1、 有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA=∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（　　）
A．它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8
B．它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1
C．它们所受的向心力之比FA∶FB=4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
AD
题2“土卫5”在距离土星表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知土星半径为R，土星表面的重力加速度为g，引力常量为G，则（　　）
A．“土卫5”绕土星运行的周期为
B．“土卫5”绕行的速度为
C．“土卫5”绕土星运行的角速度为
D．“土卫5”轨道处的重力加速度
CD
题3、已知地球两极处的重力加速度为g，赤道上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加速度为a、周期为T，由此可知地球的第一宇宙速度为（　　）
A． B． C． D．
C
1970年4月24日我国
第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功
载人航天与太空探索
2010年10月1日
嫦娥二号顺利发射
2013年12月2日嫦娥三号
探测器进入太空，当月
14日成功软着陆于月球
载人航天与太空探索

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