1、中國人的飛天夢中國人的飛天夢外國人的外國人的“飛天飛天”夢夢各種各樣的衛星返回 我國具有世界上最先進的航天技我國具有世界上最先進的航天技術術 神州五號、六號載人航天的成功神州五號、六號載人航天的成功離不開萬有引力定律。離不開萬有引力定律。 現在我們頭頂上有很多的現在我們頭頂上有很多的人造衛星人造衛星，它們的發射離不開萬有引力定律它們的發射離不開萬有引力定律。 衛星如何上天？如何到達指定的高度衛星如何上天？如何到達指定的高度或位置？上去后會掉下來嗎或位置？上去后會掉下來嗎有很多的有很多的問題問題 本節課我們利用本節課我們利用萬有引力定律萬有引力定律和和圓周運圓周運動動的知識對的知識對宇宙航行宇宙

2、航行作一個初步的了解與作一個初步的了解與研究。研究。問題問題: :一、牛頓關于衛星的設想 地面上拋出的物體,由于受到地球引力的作用,最終都要落回到地面。 1. 1.月球也要受到地球引力的作用月球也要受到地球引力的作用, ,為什么月亮為什么月亮不會落到地面上來不會落到地面上來? ?問問題題情情境境 由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉, ,此時月球受此時月球受到的地球引力到的地球引力( (即重力即重力),),用來充當繞地球運轉的向心力用來充當繞地球運轉的向心力, ,故故月球不會落到地面上來月球不會落到地面上來. .探究探究:地面上的物體，怎樣才能成為人造衛星呢

3、？地面上的物體，怎樣才能成為人造衛星呢？ABCDOV0以平拋運動為模型的以平拋運動為模型的推理過程推理過程300多年前，牛頓提出設想多年前，牛頓提出設想一、人造衛星一、人造衛星一、牛頓關于衛星的設想 物體做平拋運動時,水平速度越大，飛行的水平距離越遠。 2. 2.若拋出物體的水平初速度足夠大若拋出物體的水平初速度足夠大, ,物體將會物體將會怎樣怎樣? ?試大膽猜想。試大膽猜想。 由于地球是一個圓球由于地球是一個圓球, ,當平拋的水平初速度足夠大時當平拋的水平初速度足夠大時, ,物體飛行的距離也很大物體飛行的距離也很大, , 故物體不能再故物體不能再 落回地面落回地面, ,而成為而成為一顆繞地球

4、運轉的衛星一顆繞地球運轉的衛星. .ABCOV0D問題問題: :問問題題情情境境 從高山上水平拋出物體，速度越大，落地點離山腳越遠。如果沒有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉，成為一顆永遠繞地球運動的人造衛星。牛頓人造衛星原理牛頓人造衛星原理圖圖一、牛頓關于衛星的設想 思考？思考？ 1. 1. 以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的衛星動的衛星? 推導方法一：推導方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力萬有引力提供物體作圓周運動的向心力RGMvRvmRGMm,22,22RvmmgRGMm,2GMgR

5、g=9.8m/s2，R=6400km，代入數據得：代入數據得：skmv/9 . 7推導方法二：推導方法二：地表附近，地表附近，重力近似等于萬有引力重力近似等于萬有引力gRv 人們把人們把7.9km/s這個速度稱作這個速度稱作第一宇宙速度第一宇宙速度,又叫環繞速度。又叫環繞速度。 如果發射速度如小于第一宇宙速度如果發射速度如小于第一宇宙速度,衛星將衛星將落到地面落到地面; 如果發射速度等于第一宇宙速度，衛星剛好能貼著地球表面作如果發射速度等于第一宇宙速度，衛星剛好能貼著地球表面作勻速圓周運動。勻速圓周運動。 所以，第一宇宙速度是發射地球衛星的最小發射速度。所以，第一宇宙速度是發射地球衛星的最小發

6、射速度。二、宇宙速度問題問題: : 若衛星的發射速度大于若衛星的發射速度大于7.9km/s ，會怎樣呢？，會怎樣呢？第二宇宙速度第二宇宙速度: :物體克服地球引力物體克服地球引力, ,永遠脫離地球的速度永遠脫離地球的速度. . （脫離速度）（脫離速度）第三宇宙速度第三宇宙速度: :物體掙脫太陽引力物體掙脫太陽引力, ,飛出太陽系的速度飛出太陽系的速度. . ( (逃逸速度逃逸速度) )11.2 km/s V 7.9 km/sV = 16.7 km/sV = 11.2 km/sV = 7.9km/s繞地球運動的軌跡就不再是圓，而是橢繞地球運動的軌跡就不再是圓，而是橢圓，發射速度越大，橢圓軌道越圓

7、，發射速度越大，橢圓軌道越“扁扁”。 第一宇宙速度第一宇宙速度: :物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度物體在地表附近繞地球做勻速圓周運動的速度. （環繞速度）（環繞速度）二、宇宙速度1 1、當發射速度為、當發射速度為7.9km/s,7.9km/s, 物體恰好環繞地球表面做圓周運動；物體恰好環繞地球表面做圓周運動；2 2、當發射速度大于、當發射速度大于7.9km/s 7.9km/s 時：時： 7.9km/s 7.9km/sV11.2km/s,11.2km/s,但環繞速度但環繞速度7.9km/s7.9km/s 物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓；物體仍繞地球運行，但徑跡是橢圓； 11.2km/s

8、 11.2km/s V 16.7km/s16.7km/s 物體物體脫離太陽的吸引，而成為自由天體。脫離太陽的吸引，而成為自由天體。二、宇宙速度二、宇宙速度（二、宇宙速度（1） 討論討論1： 質量為質量為 m 的人造衛的人造衛星，繞質量為星，繞質量為 M 的地球的地球作半徑為作半徑為 r 的勻速圓周運的勻速圓周運動，衛星的線速度有動，衛星的線速度有 V 與軌道半徑與軌道半徑r之間有何關之間有何關系呢？系呢？mMV=?r分析：分析：萬有引力作為向心力萬有引力作為向心力:方程：方程：結論：結論：小大萬VrrGMVrVmrMmGF22半徑越大，環半徑越大，環繞速度越小。繞速度越小。二、宇宙速度（二、宇

9、宙速度（2）雖然雖然“R大，大，V小小”，但向高，但向高軌道發射衛星比向低軌道發射軌道發射衛星比向低軌道發射衛星難。衛星難。因為向高軌道發射衛星，因為向高軌道發射衛星，火箭要克服地球引力對它的引火箭要克服地球引力對它的引力做的功多。力做的功多。小大 VrrGMV高軌道高軌道低軌道低軌道討論討論2：向高軌道向高軌道發射衛星容易還是發射衛星容易還是向低軌道發射衛星向低軌道發射衛星容易？容易？第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9km/s最小的發射速度最小的發射速度最大的環繞速度最大的環繞速度 近地衛星的環繞速度近地衛星的環繞速度討論討論3：在地面附近發射飛行器時如果發射在地面附近發射飛行器時如果發射

10、速度大于速度大于7.9Km/S，或者更大時會對飛行器，或者更大時會對飛行器的運行軌道有何影響？的運行軌道有何影響？討論討論4： 這三個這三個“宇宙速度宇宙速度”的的物理意義是什么？物理意義是什么？二、宇宙速度（二、宇宙速度（3）7.9km/sV11.2km/sV0BACV1第一宇宙速度：衛星剛好第一宇宙速度：衛星剛好能在地表附近作圓周運動能在地表附近作圓周運動最小發最小發射速度射速度V2 第二宇宙速度：衛星掙脫第二宇宙速度：衛星掙脫地球引力束縛地球引力束縛最小發射速度最小發射速度V3 第三宇宙速度：衛星掙脫第三宇宙速度：衛星掙脫太陽引力束縛太陽引力束縛最小發射速度最小發射速度V1=7.9Km/

11、s第一宇宙速度第一宇宙速度V2 =11.2Km/s第二宇宙速度第二宇宙速度V3 =16.7Km/s第三宇宙速度第三宇宙速度討論討論5:什么是地球同步衛星？什么是地球同步衛星？所謂地球同步衛星是指相對于地面靜所謂地球同步衛星是指相對于地面靜止的人造衛星，它的周期止的人造衛星，它的周期T 討論討論6:地球同步衛星地球同步衛星能否位于北京正上方能否位于北京正上方某一確定高度某一確定高度h ？所有的同步衛星只能分布在赤道上方所有的同步衛星只能分布在赤道上方 的的一個確定軌道上一個確定軌道上可見，空間位置也是一種資源。可見，空間位置也是一種資源。人類在浩瀚的宇宙發射了多種多樣的人類在浩瀚的宇宙發射了多種

12、多樣的人造人造衛星衛星其中有一種很特別的衛星成為地球同步衛其中有一種很特別的衛星成為地球同步衛星（經常用做星（經常用做通訊衛星通訊衛星）。）。三、地球同步衛星三、地球同步衛星同步衛星的特點同步衛星的特點1.在赤道上方在赤道上方2.周期和地球自轉周期相同周期和地球自轉周期相同3.高度一定高度一定 航天史：航天史：1、1957年年10月月4日世界上日世界上第一顆人造衛星第一顆人造衛星在蘇聯發射成功。在蘇聯發射成功。2、1961年年4月月12日蘇聯空軍少校加加林進入了日蘇聯空軍少校加加林進入了東方一號東方一號載人載人飛船。飛船繞地球飛行一圈，歷時飛船。飛船繞地球飛行一圈，歷時108分，安全降落在地面

13、，分，安全降落在地面，鑄就了人類進入太空的豐碑。鑄就了人類進入太空的豐碑。3、1969年年7月月16時時32分，分，阿波羅阿波羅11號號飛船在美國卡納維拉爾飛船在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月月20日日10時時56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出那句分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出那句載入史冊的名言：載入史冊的名言：“對個人來說，這不過十小小的一步，但對對個人來說，這不過十小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍。人類而言，卻是巨大的飛躍。”4、1992年中國載人航天工程正式啟動。年中國載人航天

14、工程正式啟動。2003年年10月月15日日9時，時，我國我國神州五號神州五號宇宙飛船在酒泉衛星發射中心成功發射，把中國宇宙飛船在酒泉衛星發射中心成功發射，把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于圈后，于10月月16日日6時時23分安全降落在內蒙古主著陸場。分安全降落在內蒙古主著陸場。四、夢想成真四、夢想成真5、2005年年10月月12日日17日，日，神舟六號神舟六號載人飛船經載人飛船經過過115小時小時32分的太空飛行，在完成我們真正意義分的太空飛行，在完成我們真正意義上有人參與的空間科學實驗后返航順利著陸，航天上有人參與的空間科學

15、實驗后返航順利著陸，航天員費俊龍、聶海勝安全返回。員費俊龍、聶海勝安全返回。6、我國探月計劃我國探月計劃2004年年2007年年 為為“繞繞”的階段，主要目標是發的階段，主要目標是發射射“嫦娥一號嫦娥一號”探測衛星，對月球進行為期探測衛星，對月球進行為期1年的全年的全球性、整體性和綜合性探測。球性、整體性和綜合性探測。 2007年年2012年年 為為“落落”的階段，主要目標是實的階段，主要目標是實現月球表面軟著陸與月球巡視探測。現月球表面軟著陸與月球巡視探測。2012年年2017年年 為為“回回”的階段，主要目標是實的階段，主要目標是實現月球表面軟著陸并采樣返回。現月球表面軟著陸并采樣返回。

16、只有完成了這三個階段后，中國才有可能考慮和實只有完成了這三個階段后，中國才有可能考慮和實施載人登月。施載人登月。V0BAC1、人造衛星、人造衛星2、宇宙速度、宇宙速度第一宇宙速度：第一宇宙速度：V1=7.9km/s，衛星，衛星剛好能在地表附近作圓周動剛好能在地表附近作圓周動（1、近地衛星的環繞速度；近地衛星的環繞速度；2、衛星的最小、衛星的最小發射速度；發射速度；3、圓軌道的最大環繞速度）、圓軌道的最大環繞速度）第二宇宙速度：第二宇宙速度： V2=11.2km/s,衛星衛星掙脫地球引力束縛掙脫地球引力束縛第三宇宙速度：第三宇宙速度： V3=16.7km/s,衛星衛星掙脫太陽引力束縛掙脫太陽引力

17、束縛 3、地球同步衛星、地球同步衛星小結小結1、若某一人造地球衛星運行時，它的天線、若某一人造地球衛星運行時，它的天線斷開，斷開的天線將如何運動？斷開，斷開的天線將如何運動？ 2在繞地球做勻速圓周運動的太空實驗在繞地球做勻速圓周運動的太空實驗室內，下列儀器中不能正常使用的是室內，下列儀器中不能正常使用的是A彈簧秤彈簧秤 B天平天平C酒精溫度計酒精溫度計 D秒表秒表 小試牛刀：小試牛刀：v3同步衛星是指相對于地面不動的人造地球同步衛星是指相對于地面不動的人造地球衛星，關于同步衛星的說法中正確的是衛星，關于同步衛星的說法中正確的是v A它可以在地面上任一點的正上方，且離它可以在地面上任一點的正上方，且離地心的距離可按需要選擇不同值地心的距離可按需要選擇不同值v B它可以在地面上任一點的正上方，但離它可以在地面上任一點