7.4 宇宙航行 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活 在摇篮里。 -----齐奥尔科夫斯基 宇宙航行 一、牛顿的思考 提问：质量为10Kg的炮弹以100m/s的速度水平射出，是否 会落回地面？ 为什么？ 以1000m/s 的速度水平射出 呢？那么，以多大速度水平抛出，炮弹将不再落回 地面，而是绕地球做匀速圆周运动？ 对于近地卫星，R=6.4×106m， 解得： R GM v = 2 R Mm G = 2 R v m 推导方法一：已知万有引力常量G与地球质量M和半径R 建立模型： （1）物体绕地球做匀速圆周运动； （2）飞行高度很低，轨道半径近似等于地球半径。 推导方法二：已知地球半径R与地表重力加速度g 解得： R GM v = 2 R Mm G = 2 R v m GM = 2 R g = > gR v = 二、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。 1.第一宇宙速度： 注：第一宇宙速度是航天器绕地球做匀速圆周运动时 所必须具备的最小发射速度，同时也是航天器绕 地球做匀速圆周运动的的最大环绕速度。 解得： R GM v = 2 R Mm G = 2 R v m gR v = 提问：以上两个求解第一宇宙速度的公式对其它星球是否成立？ 提问：你有几种求解第一宇宙速度的方法？ 提问：有人说“有一种地球人造卫星的运行周期大约为45分钟” 请你对该说法作出评价。 如果卫星的发射速度大于或等于11.2 km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度。 2. 第二宇宙速度： 如果卫星的发射速度大于或等于16.7km/s，卫星就会摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把16.7km/s叫第三宇宙速度。 3. 第三宇宙速度： 注：三个宇宙速度均是指发射速度。 提问：试判断嫦娥五号的发射速度 的大致范围。 三、人造卫星的运行参数 运行周期 向心加速度 线速度 角速度 四、梦想成真 1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。 1961年4月12日苏联空军少校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分，然后重返大气层，安全降落在地面，实现了人类第一次进入太空。铸就了人类进入太空的丰碑。 1969年7月16日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。 1970年4月24日， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。卫星在近地点441Km远地点2368Km的椭圆轨道运行。中国成为第五个能自行发射卫星的国家。 2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想。 2008.9.25，神舟七号搭载翟志刚、景海鹏、刘伯明三名航天员升空。 实现了我国历史上第一次太空漫步。 2013年6月11日17时38分，我国自行研制的“神舟十号”载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。“神舟十号”载人飞船上载有三名宇航员，分别为聂海胜、张晓光、王亚平。在“神舟九号”标志我国突破和掌握了载人交会对接技术的基础上，“神舟十号”进行了载人天地往返运输系统的第一次应用性飞行，女航天员王亚平还完成了我国历史上第一次太空授课。 2020年11月24日发射以来，嫦娥五号经历了地月转移、近月制动、环月飞行、月面软着陆、月球采样、月面起飞、月球轨道交会对接与样品转移、月地转移、再入地球等环环相扣的太空旅程，终于在12月17日1时59分，于内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，安全回家。 2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号” 探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道， 开启火星探测之旅。截止现在，“天问一号”距离地球约1.9亿公 里，总飞行里程达到4.7亿公里，中途已完成四次修正等工作。预 计2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测。 4月29日11时23分，搭载空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭在文昌航天发射场点火升空，约494秒后舱箭分离，进入预定轨道，12时36分，太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常，发射取得圆满成功。预计在2022年完成中国空间站的组建。 2003年2月1日，哥伦比亚 号航天飞机在重返地面的 过程中突然发生解体燃烧， 航天飞机上的七名宇航员 全部遇难。 1986年1月28日，美国挑战者号 航天飞机升空后爆炸，七名宇航 员遇难。 “一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜” ----------爱因斯坦 $$