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(共22张PPT)
7.4 宇宙航行
1. 了解人造卫星的有关知识；
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
学习目标
思考：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？
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=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球
半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2 )
法一：万有引力提供物体做圆周运动的向心力
法二：在地面附近，重力提供物体做圆周运动的向心力
宇宙速度
1、第一宇宙速度
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。
思考：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比,哪个需要的发射速度大？为什么？
2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
发射速度 指被发射物体离开地面时的速度
运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
第一宇宙速度（ V1=7.9km/s ）
最小发射速度
最大运行速度
地球的第一宇宙速度：
火星的：
土星的：
月亮的：
同理：
公式的推导
2、第二宇宙速度
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。
3、第三宇宙速度
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。
人造地球卫星
1957年，10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。（斯普特尼克一号，下左图）
1970年，4月24日，我国上第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。（上右图）
钱学森——中国航天之父。
人造地球卫星的运行轨道
地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：
① 赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度；
② 极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直；
③ 一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
宇宙速度：
定义 大小
第一宇宙速度 （环绕速度） 是卫星在 附近（h R）绕地球做 的速度。
第二宇宙速度 （脱离速度） 使物体挣脱 的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最 发射速度。
第三宇宙速度 （逃逸速度） 使物体挣脱 束缚的最 发射速度。
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
v3=16.7km/s
地面
匀速圆周运动
地球
小
太阳
小
地球
v
①v＜7.9km/s 不能成功发射卫星→卫星落地
②v =7.9km/s
刚好能成功发射近地圆轨道人造卫星
③7.9km/s＜v＜11.2km/s
绕地运行卫星，轨道椭圆
④11.2km/s≤v＜16.7km/s
卫星脱离地球引力束缚，成为其他行星的卫星，或…
⑤v≥16.7km/s
卫星脱离太阳引力束缚，成为其他星系的卫星，或…
①
②
③
通过对以上三种宇宙速度的学习，如右图，请写出图中①②③④⑤五种情况下卫星的发射速度范围与轨道特点
④
⑤
卫星高度约 h =5.6R=3.6×107m
v =3.1km/s
卫星速度约
h
R
1.定义：
相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，同步卫星也叫通讯卫星。
①定周期，即运行周期等于地球自转周期（24 h）；
②定轨道平面,即运行平面在赤道平面内；
③定高度，即离地面高度一定（h=3600 km）；
④定速度,即运行速度一定；
万有引力提供卫星做圆周运动的向心力
2.特点：
通讯卫星（地球同步卫星）
三、载人航天与探空探索
1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面(图7.4-2)，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”
2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空(图7.4-3)。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。
1　如图所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度为5 000～15 000 km，则下列说法正确的是
A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度
B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s
C.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间小于24小时
D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空
图3
√
2　如图所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则
A.ωA＝ωC<ωB
B.TA＝TCC.vA＝vCD.aA＝aC>aB
√
解析　同步卫星与地球自转同步，故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及a＝ω2r得
vC>vA，aC>aA
对同步卫星和近地卫星， ，知vB>vC，ωB>ωC，TBaC 故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TBaC>aA.选项A正确，B、C、D错误.
3.已知某星球的质量是地球质量的81倍，半径是地球半径的9倍.已知地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，则在该星球上发射一颗人造卫星，其发射人造卫星的速度最小是多少？
答案　23.7 km/s

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