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1、3.4 人造卫星 宇宙速度,地球,太阳,恒星,行星,认识卫星,月亮,人造卫星,卫星,知识回顾：,1.万有引力定律的表达式？2.行星运动向心力的来源？3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？,嫦娥奔月,外国人的飞天梦,古人的梦想,在14世纪中国明代，有一位叫万户的军中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他
2、借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。,万户飞天,万户飞天,地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？,300多年前，牛顿提出设想,300年前牛顿的猜想,牛顿的手稿,思考讨论1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?,一、人造卫星的发射原理,齐奥尔科夫斯基,前苏联发射的第一颗人造地球卫星,“东方红一号”中国第一颗人造地球卫星,“宇宙航行之父”,(A)通讯卫星,(B)气象卫星,（C）地球资源卫星,（D）第三颗“北斗”导航卫星,我国发射的人造卫星类型,各种各样的卫星,返回,(A
3、)通讯卫星,(B)气象卫星,（C）地球资源卫星,（D）第三颗“北斗”导航卫星,一、理性的思维过程,地球,高山,从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，当速度足够大时，物体就将永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转成为一颗地球运动的人造地球卫星。,人造卫星的发射过程：,1、在实验室组装飞船,飞船分为轨道实验仓、返回仓、动力仓三部分,2、将飞船装入运载火箭,3、飞船从总装系统移向发射塔,4、飞船进入发生勤务塔,5、发射升空,6、飞船飞行过程全解,1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。,1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实
4、现了人类进入太空的梦想。,1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。,梦想成真，展望未来,1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空,我国的航天成就,2003年10月15日神舟五号杨利伟,2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜,2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏嫦娥卫星奔月,2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功,西昌卫星发射中心,酒泉卫星发射基地,太原卫星发射中心,风雪中领命出征,卫星运行规律,r,M,m,假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。,讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角速度w、周期
5、T分别怎么变化？,=,（1）,（4）,（2）,（3）,r越大，有：v越小，a越小，w越小，T越大。,理想模型圆形轨道,假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。,第一宇宙速度,理想模型匀速圆周运动,r,M,m,已知：G=6.6710-11Nm2/kg2,M=5.981024kg,RE=6.37106m。,请问：靠近地面运行的人造卫星的飞行速度v是多少？,=,7.9km/s,解答：,RE,这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。,人造卫星的发射速度与轨迹：,第一宇宙速度(环绕速度）：,第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km
6、/s,第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s,卫星环绕地球飞行的最大速度（最大的环绕速度）地球上发射卫星的最小发射速度,卫星摆脱地球的引力，不再绕地球飞行,卫星摆脱太阳的引力，飞出太阳系,宇宙速度,7.9km/s,1、已知地表的重力加速度g，地球半径R，地球自转周期T，求同步卫星距地面的高度？,2、同步卫星质量m，离地面高h，地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转角速度；则同步卫星受地球的引力为：A、0 B、mgR2/(R+h)2C、m 3 R2g4D、以上结论都不正确,(B、C),3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做 宇宙膨胀说，这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小。根
7、据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比:()A、公转半径R 较大 B、公转周期T 较小 C、公转速率v 较大 D、公转角速度较小,BC,一卫星的发射,二.卫星的运行,宇宙速度,卫星的发射与回收,1,2,3,发射过程：,1停泊轨道 2转移轨道 3静止轨道,一、同步卫星的发射,人造地球卫星的发射速度与环绕速度之间的大小关系是：,卫星变轨（动画演示）,变轨：,速度增加（F引F向心离心运动）半径增大（F引为阻力）速度减小 新轨道r新r;V新V速度减小（F引F向心向心运动）半径减小（F引为动力）速度增大 新轨道r新r;V新V,能量分析：飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力，轨道高度会逐渐
8、降低，由于阻力很小，轨道高度的变化很慢，卫星运行的每一圈仍可认为是匀速圆周运动。,1、发射和回收阶段,发射,加速上升,超重,回收,减速下降,超重,2、沿圆轨道正常运行,只受重力,a=g,完全失重,与重力有关的现象全部消失,天平,弹簧秤测重力,液体压强计,1、如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点。则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，下列说法中正确的是（）,A、卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上的周期 B、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 C、卫星在轨道2
9、上运行时，经过A点时的速率大于经过B点时的速率 D、卫星在轨道2上运行时，经过A点的加速度大于经过B点时的加速度,A、C、D,通讯卫星,高度相同,在赤道上方,三颗同步卫星可以覆盖全球,1、什么是地球同步卫星？,所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T,2、地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h？,所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上,同步卫星,同步卫星的必须在赤道上空,同步卫星的个数:大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。,同步卫星的高度:,h为固定值（h=35786Km）,同步卫星速度:,同步卫星,近地
10、卫星,月球,近地卫星、同步卫星、月球三者比较,近地卫星运行的周期公式,R,h,地球,卫星运转的最小周期：Tmin=84.5分,1,2,3,4,思考讨论4:以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?,v1v2=v3v4,T1T2=T3T4,12=34,例题：设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？,人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力就是向心力。,可以看出:卫星离地心越远，它运行的速度越慢。,人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道的半径的关系,1、,轨道半径越大，线速度越
11、小。,2、,轨道半径越大，角速度越小。,3、,轨道半径越大，周期越长。,1、宇宙速度（发射速度）,第一宇宙速度环绕速度人造卫星最小的发射速度;最大的环绕速度;人造卫星最短的周期:84分钟 第二宇宙速度脱离速度v2=11.2km/s 第三宇宙速度 逃逸速度 v3=16.7km/s,2、同步卫星定周期、定速：T24h；v=3.1km/s定位：轨道平面与赤道平面共面定高：离地面高3.6104km 约为5.6R地（离地心6.6R地）卫星的运转方向必须是由西向东。,3、黑洞（黑洞的M很大，R很小）,接近“黑洞”的所有物质即使速度等于光速也被“黑洞”吸入,任何物体都不能脱离它的束缚，甚至连光也不能射出,卫
12、星追赶问题,1、两星相距最远的条件：2、两星相距最近的条件：,提示：同学们算算，近地卫星的周期又是多少呢？,思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？,不能！,1、宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（）A从较低轨道上加速B从较高轨道上加速C从空间站同一高度轨道上加速D无论从什么轨道上加速都可以,A,2、利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量 A、已知地球的半径 R 和地面的重力加速度 B、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r 和周期T C、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r 和线速度v D、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和 周期T,答案：,A,B,C,D
13、,3、若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是（）A.卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越大B.卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越小C.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的 向心力越大 D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的 向心力越小,B D,4、A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h，已知地球半径为R，地球自转角速度0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。（1）求卫星B的运动周期（2）如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近（O、B、A在同一直线上）则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？,解:（1）由万有引力
14、定律和向心力公式得,联立得,（2）由题意得(B-0)t=2,由得,代入得,5、在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道。则（）A.该卫星的发射速度必定大于11.2km/sB.卫星在同步轨道上的运行速度大于7.9km/s C.在轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D.卫星在Q点通过加速实现由轨道进入轨道,C D,6、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率（）,A.一定等于7.9km/sB.等于或小于7.9km/sC.一定大于7.9km/sD.介于7.9 km/s11.2km/s之间,B,7、通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的
15、说法中正确的是 A、所有的地球同步卫星都位于地球的赤道 平面内 B、所有的地球同步卫星的质量都相等 C、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运 动的角速度都相等 D、所有的地球同步卫星离地心的距离都相等,ACD,ABD,8、发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是：A、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B、卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C、卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道 2上经过Q点时的加速度 D、卫星在轨道2上经过P点 时的加速度等于它在轨道 3上经过P点时的加速度,9、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的,ACD,10、人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）,A.半径越大，速率越大，周期越小B.半径越大，速率越小，周期越大C.所有卫星的角速度相同，与半径无关D.所有卫星的速率均相同，与半径无关,B,
