1、宇宙航行高一物理 很久以来，人类就有一个飞天梦,人们向往着，能在天宇之间自由翱翔,为此,进行过各种各样的尝试，但由于缺乏科学理论的指导，这些尝试都归于失败。 万户（明代）飞天尝试资料ABCv1687年牛顿在自然哲学的数学原理一书中提出这样的设想：把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度一次比一次大，物体的落点会一次比一次远。如果抛出的速度足够大,会出现什么情形呢?把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度足够大，物体就不会落落回地面,成为了人造地球卫星。v在这里出现了一个问题?抛出的速度为多大，物体才能成为人造地球卫星呢?伊萨克.牛顿(1643-1727)资料一、宇宙速度物体在地球附近运动时，太阳的作用
2、可忽略。物体受到地球的万有引力，提供物体绕地心做匀速圆周运动的向心力。rRrvmrmmG22地rGmv地因为，R远大于h。r=R+h约等于R物体做圆周运动的轨道半径为r、地球半径为R、物体距地面高度h。r=R+hh近地卫星距地面高度在100km-200km左右，远小于地球半径。skmRGmv/9 . 7地代入得：第一宇宙速度物体在地球附近，围绕地球作匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度大小等于7.9km/s。 第一宇宙速度结合刚才的问题，即把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度等于第一宇宙速度，物体就不会落回地面,而成为了人造地球卫星。 思考题1通过前面的学习，我们已经知道，若不计
3、地球自转影响，地面上质量为m的物体受到的重力，等于地球对物体的万有引力，如果已知地球半径R和地球表面的重力加速度g，你能否用R、g，表示第一宇宙速度v1。分析：物体在地球表面附近，它的重力等于地球对它的万有引力。2RmmGmg地2gRGm地得：gRv 1代入RvmRmmG221地这里出现了gR，使我们不禁想起汽车通过拱形桥顶的情形，当汽车通过拱形桥顶的速度等于 时，汽车将脱离拱形桥。桥gRR桥mgv其实，我们也可以把地球看成为一个半径为R的巨型“拱形桥”，物体沿地面运动，就相当于在这个“拱形桥”顶运动，当速度等于 时，物体就将脱离地面，成为一颗地球的卫星。gRmgv1如果物体在地球附近，运动的
4、速度大于第一宇宙速度，物体还能做匀速圆周运动吗？思考题2分析：物体的速度大于第一宇宙速度，它做圆周运动所需的向心力，就会大于地球对它的万有引力，物体不会再做匀速圆周运动。物体会做什么运动呢？离心运动。物体真会脱离地球一去不返吗？物体会被“甩”出去！其实，物体在远离地球的过程中，一直受到万有引力的作用。Av1F1F2FB逐渐到达远地点B，然后加速回程。v2F3F4F在引力作用下物体先逐渐减速，形成一个椭圆轨迹。A理论研究表明，在地面附近的A点，以速度v发射飞行器。v1若：v=7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心匀速圆周运动。2若：11.2km/sv7.9km/s，飞行器沿轨道2(椭圆轨道)运
5、动。3速度v越大，轨道的远地点离地球越远。若：速度v=11.2km/s呢？vA4当速度v=11.2km/s，飞行器将沿轨道4（白色虚线）运动，只是这个椭圆轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力束缚，永远离开地球。我们把v=11.2km/s称为第二宇宙速度。我们把v=16.7km/s称为第三宇宙速度。同理，当速度v=16.7km/s，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。4二、人造地球卫星到目前，我们已经学习了有关人造卫星运行的科学原理。按照牛顿的设想，发射一颗人造卫星，需要哪些条件呢？（1）一座足够高的山。资料（2）物体达到足够大的速度（第一宇宙速度）。资料但事情远非如此简单!
6、按此方法发射卫星，在实际操作中却困难重重。首先地球上并没有一座合适的高山（海拔为100km以上）,而且即便有这样的高山，卫星在发射后的运行中也很容易撞到山顶。其二，第一宇宙速度很难被达到。人们曾设想将卫星制成炮弹，用大炮发射，但即便是今天，炮弹的速度也远小于第一宇宙速度。两百多年间，人类进行了各种尝试，但由于缺乏进一步科学理论的指导，这些努力都归于失败。直到20世纪.康斯坦丁齐奥尔科夫斯基（1857-1935前苏联） 前苏联科学家，齐奥尔科夫斯基提出多级火箭理论，使发射人造卫星成为了可能。世界第一颗人造地球卫星（前苏联1957年）资料资料 我国科学家钱学森，领导的科研团队，经过艰苦攻关，于19
7、70年4月24日发射了我国第一颗人造卫星。 目前我国拥有几十种，200余颗在轨卫星，在轨卫星数量，居世界第二位，成为了名副其实的航天大国。钱学森（19112009）长征一号火箭东方红一号卫星资料资料资料思考题从卫星环绕速度的推论式：rGmv地 可以看出，卫星轨道半径 r越大，卫星的环绕速度就越小，是否说明，发射高空卫星比发射低空卫星更容易呢？其实，发射高空卫星要消耗更多的能量，比发射低空卫星更加困难。那么，在航天工程中，如何发射卫星呢？1正如牛顿的设想，需要一座高山，只是这座“高山”我们用火箭来制造。PA用火箭把卫星送到“山顶”A点。v1将卫星以v1速度水平射出。这个射出过程叫轨道发射。之后卫
8、星进入轨道1。如果要把卫星发射到近地轨道上，发射速度v1应为第一宇宙速度。13如果发射高轨道卫星呢？（预定轨道3）在A点将卫星以更大速度v2（v2v1)沿水平射出。（轨道发射）v2v1AP进入椭圆轨道2。2aB使轨道2与预定轨道3相切于B点，在B点加速，进入预定轨道3。到这里，我们不仅成功地发射了卫星，而且对第一宇宙速度，又有了新的理解。你的理解是什么呢？（1）从公式：rGmv地可知，第一宇宙速度对应的轨道半径最小。在所有能使物体围绕地心作匀速圆周运动的速度中，第一宇宙速度最大，它是人造地球卫星的最大环绕速度。（2）从刚才的分析中发现，在所有的轨道发射速度中，第一宇宙速度最小。很久以来，人类就
9、有一个飞天梦，随着科技的进步，载人航天，成为了可能。1961年4月2日苏联宇航员尤里.加加林首次进入太空1969年7月20日美国宇航员阿姆斯特朗首次登月2003年10月15日我国宇航员杨利伟首次遨游太空三、载人航天与太空探索资料资料资料我国载人航天事业起步较晚，但发展很快。进入新世纪以来，我国航天事业蓬勃发展，先后有11位宇航员进入太空，完成了飞船与空间实验室交会对接、宇航员太空行走等高难动作，2022年我国将建成首个大型空间站。神舟飞船与天宫实验室交会对接中国宇航员太空行走中国未来空间站资料资料资料2019年。我国嫦娥四号飞船成功登陆月球背面，开创了人类飞船登陆并考察月球背面的新纪元。随着科
10、技的进步，我们相信，人类探索太空，开发宇宙的明天会更加美好。嫦娥4号飞船月球着陆器玉兔号月球车资料资料课堂练习例题：人造地球卫星绕地心做匀速圆周运动时（ ）A卫星的运动周期与地球质量无关B卫星上的物体不再受到重力的作用C卫星在轨道上运行的线速度应大于第一宇宙速度D卫星的轨道平面一定过地心分析：人造卫星周期地地GmrrGmrvrT3222所以A错。卫星上的物体，都以重力提供的向心力，做匀速圆周运动。所以B错。卫星做匀速圆周运动，第一宇宙速度，是最大环绕速度。所以C错。卫星做匀速圆周运动，向心力指向地心，地心是圆周轨迹的圆心。所以选D。例题：如图所示，在发射某卫星的过程中，卫星首先在P点进入椭圆轨道I，然后在Q点通过改变卫星速度，使卫星进人预定圆周轨道，则下列说法正确的是（ ）A该卫星的发射速度必定大于11.2 km/sB卫星在轨道II上的运行速度大于7.9 km/sC在轨道I上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D卫星在Q点通过减速实现由轨道I进人轨道IIIQP分析：这是一个发射高空卫星的问题，卫星由近地点进入椭圆轨道的速度，7.9 km/svvQ，C对。卫星在Q点通过加速实现由轨道I进人轨道II，D错。C本课小结2.三个宇宙速度的概述3.对第一宇宙速度的理解（1）最大环绕速度（2）最小发射速度1.人造卫星的发射原理课后作业：课本P64，练习与应用：1、2、3、4、
