第七章万有引力与航天第五节宇宙航行励志名言Lazinessislikealock,whichboltsyououtofthestorehouseofinformationandmakesyouanintellectualstarveling. --BernardShaw懒惰就象一把锁，锁住了知识的仓库，使你的智力便得匮乏。 --萧伯纳知识概要：1．第一宇宙速度（环绕速度）：指人造卫星近地环绕速度，是最小的发射速度，最大的环绕速度2．第二宇宙速度（脱离速度）：是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度3．第三宇宙速度（逃逸速度）：是挣脱太阳束缚的最小发射速度。典型例题在圆轨道上的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g，则（）A．卫星运动的速度为B.卫星运动的周期为C．卫星的加速度为D.卫星的动能为分析：万有引力充当向心力有，课堂习题★1．地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（）A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的2．绕地球作匀速圆周运动的人造卫星，离地面越高，其运行速度越，运行周期越.4/43．两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA:TB=1:8，则轨道半径之比是多少？4．地球绕太阳公转轨道半径为r，公转周期为T，则太阳的质量M＝5．某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体,经时间t落回手中。已知该星球的半径为R，求这星球上的第一宇宙速度.课后习题★★1.某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球半径为R，地面的重力加速度为g，则下列判断正确的是（）A.人造地球卫星的最小周期为B.人造地球卫星的最大环绕速度为C.人造地球卫星在距地面高R处的环绕速度为D.人造地球卫星在距地面高R处的向心加速度为g/22.假设地球自转加快，则仍静止在赤道附近的物体变大的物理量是（）A．地球的万有引力B，自转的向心力C，地面的支持力D，重力3.人造地球卫星环绕地球作匀速圆周运动，以下说法正确的是（）A.卫星的速度一定大于或等于第一宇宙速度B.在卫星上用一个弹簧秤称一个物体，读数为零C.在卫星中，一个天平的两个盘上，分别放上质量不等的两个物体，天平平衡D.在卫星中一切物体的质量都为零4.人造地球卫星在圆形轨道上环绕地球运行时有（）A．轨道半径越大，速度越小，周期越长B．轨道半径越大，速度越大，周期越短C．轨道半径越大．速度越大，周期越长D．轨道半径越小，速度越小，周期越长5.设两人造地球卫星的质量比为1：2，到地球球心的距离比为1：3，则它们的：（）A．周期比为3：1 B．线速度比为1：3C．向心加速度比为9：1D．向心力之比为1：86.有m1和m2两颗人造卫星，已知m1=m2，如果m1和m2在同一轨道上运行，则它们的线速度之比为V1:V2=,如果m1的运行轨道半径是m2的2倍，则它们的线速度之比为V1:V2=拓展习题★★★)1.球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球同步卫星高度为h，则此同步卫星卫星线速度大小为（）A、B、C、D、2．若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约为（）A、16km/sB、32km/sC、4km/sD、2km/s4/43．人们认为某些中子星(密度极大的恒量)每秒约自转一周.那么为使其表面上的物体能吸引住而不致因快速转动被“甩”掉，它的密度表达式为.4.已知地球半径为R，地球自转角速度为ω，地球表面重力加速度为g，则在赤道上空，一颗相对于地面静止的通信卫星离地面的高度为5．如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的平均密度为。（万有引力恒量为G）.趣味物理火箭飞行如何能产生宇宙速度火箭飞行如何能产生战胜地球引力的宇宙速度呢?理论研究和迄今的实践都证明，火箭飞行速度决定于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比。发动机的喷气速度越高，火箭飞行的速度越高；火箭的质量比越大，火箭飞行能达到的速度越高。火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机相关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量，即净重)之比。因此，质量比大，就意味着火箭的结构质量小，所携带的推进剂多。火箭发动机的喷气速度，决定于推进剂的性能和发动机的设计和水平。推进剂的能量越高，可获得的喷气速度越高；设计水平越高，所获得的能量效率越高。能量效率是指推进剂燃烧的热化学能转变为高速排气的动能的效率。它包括推进剂的烯烧效率、发动机喷管效率和发动机的循环效率。能量效率越高，排气速度越高。在齐奥尔科夫斯基提出火箭公式的1903年，自然无从谈及火箭发动机的设计水平，就是公认的理想燃料液氢在当时也制造不出来，计算表明，用液氧、煤油等作推进剂，喷气速度也只能达到4.2千米/秒，其单级火箭还是无法达到约8千米/秒的第一宇宙速度。因为考虑到空气阻力，从地面起飞的火箭，实际上应达到9.5千米/秒以上的速度。这样一来，火箭的质量比应达到11以上才行。也就是说，推进剂应占火箭总质量的91%以上，这比蛋清蛋黄占整枚鸡蛋的份量比便还大，像软皮蛋一样单薄的火简明是造不出来的，即使造出来了也无法使用。但是，科学的思想不应钻牛角尖，退一步或拐个弯就是海阔天空。齐奥尔科夫斯基正是这样。他设想用多级火箭力的办法来达到宇宙速度，就是在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度。这样轻装前进，逐级提高，总能达到所需要的宇宙速度。采用多级火箭发射航天器，现在看来似乎是很平常的事，但在大约百年前，却是了不起的思想突破，是构筑宇宙航行大道石破天惊、振聋发聩的巨大里程碑。当然，火箭的级数不可能无限制地增加，因为对下面一级火箭来说，前面的各级火箭都是它的有效载荷。理论计算和实践经验表明，每增加1份有效载荷，火箭需要增加10份以上的质量来承受，随着火箭级数的增加，使最下面的一级和随后的几级变得越来越宠大，以致于无法起飞。多级火箭一般不超过4级。阅读研究材料：宇宙航行的航天器有几种能到地球大气层以外的宇宙空间去执行科学探索、开发、利用宇宙天体星际活动等航天任务的宇宙航行飞行器，称为航天器。 航天器可分为无人航天器和载人航天器。具体分类如下表：4/4 航天器由若干不同的功能系统修组成。主要有专用有效载荷、航天器结构、姿态控制、热控制、轨道控制、跟踪、遥测、通讯、数据管理、电源等系统组成。此外，载人航天器还设有返回着陆、环境控制与生命保障、应急救生等系统。其中，专用有效载荷系统是直接执行特定任务的系统，是航天器的核心部分。其他系统则是为之提供各种支持和管理服务的配套系统。 根据国际科学联合会空间研究会（CCOCSPAR）的规定，对于将进入空间轨道运行的航天器、运载器末级和抛弃物等人造天体统一编号。编号方法是：发射年序号、加一横线、、再标明该年度内发射的次序，用三位阿拉伯数字表示。例如，中国第一颗人造卫星“东方红”1号的编号是1970-034A，运载火箭末级的编号是1970-034B。 航天器的出现是人类历史发展的重大科技成果。它把人类活动的范围从地球、地球的大气层扩展到广阔无垠的宇宙空间。激发了人类认识自然、改造自然能力的巨大飞跃。必将对人类社会团经济、军事、科学技术的发展产生不可估量的影响。未来的航天器将向着多型号、可维修、长寿命、综合性等人类不断增长的需求方向发展，成为人类向宇宙进军的重要工具。4/4
