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(共21张PPT)
7.4宇宙航行
人造卫星绕地球运行的动力学原因
人造卫星绕地球运行时，以地心为圆心做匀速圆周运动，人造卫星需要向心力由万有引力提供。
课堂引入
从嫦娥奔月到万户飞天，从阿波罗11号登月到天问一号的火星之旅，人类一直在为“飞天”梦想努力着。
1.极地卫星
极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
2.近地卫星
近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径。
3.同步卫星
卫星公转周期与地球自转周期相同的称为地球同步卫星
同步卫星的六个“一定”
对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。
１.第一宇宙速度（环绕速度）
人造卫星的发射速度与运行速度
发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度，并且一旦发射就再也没有补充能量，被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度，进入运行轨道。因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功消耗动能，所以卫星越高，发射速度越大。
运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据 可知，卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小，近地卫星可认为v发=v运，其它较高卫星的v发＞v运。
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
第二宇宙速度
定义：将卫星发射出去使其克服地球引力永远离开地球，即脱离地球的束缚所需的最小的发射速度。
大小：
第三宇宙速度
定义：将卫星发射出去挣脱太阳的引力的束缚，飞到太阳系外所需的最小的发射速度。
大小：
①发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星绕地球运动；
②发射速度大于11.2km/s小于16.7km/s，卫星绕太阳运动；
③发射速度大于16.7km/s,飞到太阳系以外的空间；
注意：
人造卫星
卫星：卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。（不过，如果两个天体质量相当，它们所形成的系统一般称为双行星系统，而不是一颗行星和一颗天然卫星）
卫星轨道：可以是圆轨道（地心位于圆心），也可以是椭圆轨道（地心位于椭圆的一个焦点上）， 但轨道平面必过地心。
人造地球卫星的轨道：
人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力，地球对卫星的万有引力指向地心。而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它所做圆周运动的圆心。因此人造卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道（如图所示）：
(1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道上方。
(2）极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。
(3）一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度。
宇宙速度
问题：按牛顿的设想，在忽略空气阻力的情况下，在地面上以越来越大的水平速度抛出物体，物体还做平抛运动吗？
问题：物体如果不落地，它将怎样运动？
匀速圆周运动
问题：物体绕地球做圆周运动的向心力由什么力提供？是否需要考虑太阳的引力？
讨论交流：
问题：物体绕地球做圆周运动时，物体还和地球一起自转吗？
不参与地球的自转,物体已离开地面
万有引力近似等于重力，提供物体做圆周运动的向心力
问题：请尝试推到物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度？
设：地球质量为M，物体质量为m，地球半径为r,运行速度为v,地球表面重力加速度为g
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路：向心力由地球对卫星的万有 引力提供
以下关于宇宙速度的说法中正确的是（ ）
A．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最小速度
C．人造地球卫星运行时的速度一定小于第二宇宙速度
D．地球上的物体无论具有多大的速度都不可能脱离太阳的束缚
不同轨道上运行的卫星，轨道半径 ，线速度 、角速度 、周期 。
越大
越小
越小
越长
卫星公转周期与地球自转周期 的称为地球同步卫星。
相同
第一宇宙速度V1= 。
第三宇宙速度V3= 。
第二宇宙速度V2= 。
7.9km/s
11.2km/s
16.7km/s
由于某种原因，人造地球卫星的轨道半径减小了，那么卫星的（ ）
A．速率变大，周期变小
B．速率变小，周期变大
C．速率变大，周期变大
D．速率变小，周期变小

A．火星的平均密度为
B．火星表面的重力加速度是

D．王跃以与在地球上相同的初速度在火星上起跳后，能达到的最大高度是
【答案】ABD
火星是太阳系中与地球最为类似的行星，是我国深空探测的第二颗星球。若火星探测器在距火星表面某高度处绕火星做匀速圆周运动，测得飞行N圈所用时间为t，已知火星表面的重力加速度为g0，火星可视为均匀球体，其半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）
A．火星探测器的线速度大小为
B．火星探测器距火星表面的高度为
C．火星的第一宇宙速度为
D．火星的平均密度为
【答案】BC
练习.两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( )
A.周期之比T1∶T2=3∶1
B.线速度之比v1∶v2=3∶1
C.向心力之比F1∶F2=1∶9
D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
D
练习.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是（ ）
A.若V与R成正比，则环为连续物
B.若V2与R成正比，则环为小卫星群
C.若V与R成反比，则环为连续物
D.若V2与R成反比，则环为小卫星群
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