1、第5節(jié) 宇宙航行,“東方紅一號(hào)”,偵察衛(wèi)星,“風(fēng)云一號(hào)”氣象衛(wèi)星,科學(xué)探測衛(wèi)星,一、發(fā)射原理,第2節(jié) 人造地球衛(wèi)星 宇宙速度,1、牛頓的設(shè)想圖,2、近地發(fā)射速度：,二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道),原理：,結(jié)論:衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與m無關(guān)；v、T由r唯一決定,三、衛(wèi)星的發(fā)射和變軌,四、同步衛(wèi)星,mg=GMm/r2=ma=mv2/r=mr2=mr42/T2,五、衛(wèi)星的應(yīng)用,V1=7.9Km/s,V2=11.2Km/s,V3=16.7Km/s,(三種宇宙速度),v1是最小近地發(fā)射速度，也是最大運(yùn)行速度,作業(yè),知一,比例法,一題多解,衛(wèi)星變軌,雙星,黑洞,比較,重力,相遇,空間,牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖,平拋,洲際

2、導(dǎo)彈,人造衛(wèi)星,增大,1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）,衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，萬有引力近似等于重力mg，衛(wèi)星運(yùn)行半徑近似看作地球半徑，根據(jù)牛頓第二定律得:mg=GMm/R2=mv2/R,最小的近地發(fā)射速度,近地發(fā)射時(shí)速度等于這個(gè)速度衛(wèi)星，剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng),v1=7.9km/s,v7.9km/s,問題與思考,要使衛(wèi)星在離地面更遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)行，則需要更（ ）的發(fā)射速度，來到新軌道上的運(yùn)行速度變（ ）。,大,小,v2= 11.2km/s,、第二宇宙速度 （脫離速度）,11.2km/sv16.7km/s,3、第三宇宙速度 （逃逸速度）,v3=16.7km/s,繞地球作勻速

3、圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星， 其所需向心力由萬有引力提供,二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道),萬有引力 = 向心力,重力近似 =萬有引力,基本方程,輔助方程,A,B,C,高軌道衛(wèi)星的運(yùn)行速度小,容易發(fā)射?,火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?v1是最小近地發(fā)射速度， 也是最大運(yùn)行速度?,(無能量補(bǔ)充),(軌道速度),v1=7.9km/s,神五發(fā)射,衛(wèi)星發(fā)射的軌跡,三、人造地球衛(wèi)星的變軌道,衛(wèi)星回收,下列說法是否正確？為什么？ 人造地球衛(wèi)星由于大氣阻力的作用，軌道半徑逐漸減小，它的線速度將逐漸減小，而周期逐漸增大。,解：由于阻力做負(fù)功，所以線速度 減小，由于T=2R/v所以 周期變大，故結(jié)論正確,衛(wèi)星繞地球作勻速圓

4、周運(yùn)動(dòng)，半徑在逐漸減小,Tmin=?,神五回收,通 信 衛(wèi) 星,氣 象 衛(wèi) 星,資 源 衛(wèi) 星,技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 衛(wèi) 星,人造衛(wèi)星的種類,四、同步通訊衛(wèi)星,2、同步衛(wèi)星的軌道如何確定?,1、地球同步衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，周期與地球相同。,同步衛(wèi)星必須位于赤道平面上空。,GmM/r2=mr42/T2,h,r,R,同步衛(wèi)星離地面高度36000公里,3、同步衛(wèi)星的個(gè)數(shù)： 大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也是一種資源。,近地與同步,同步衛(wèi)星發(fā)射,衛(wèi)星的超重與失重,我國的衛(wèi)星事業(yè),衛(wèi)星的應(yīng)用,g=GM/r2,G=mg=9.8107N,M不同,g不同,G/F=1

5、.471012,(D),課本P92:,中心M,r,環(huán)繞m,R,(BC),課本P98:,(AC),F砝= m砝 g月,F物= m物 g月,mg=GM月m/R2,g月= F砝/m砝,m物= F物/g月,M月= g月 R2/G,求月球重力加速度,求月球上物體質(zhì)量,求月球質(zhì)量,(E)同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等,r=6.210地,環(huán)繞速度v=8.4103 v1,設(shè)月地距離r保持不變,隨著采礦的進(jìn)行, 地球質(zhì)量M增大,月球質(zhì)量m減小,F萬減小,當(dāng)飛越質(zhì)量密集區(qū)時(shí),可以認(rèn)為重心上移動(dòng),r減小,v增大,課本P104:,例1:在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R，地面上的重力加速度為g，則

6、( ) A衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為 B衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期為 C衛(wèi)星的加速度為g/2 D衛(wèi)星的動(dòng)能為mgR/4,知一求其他,mg=GMm/R2,GM=gR2,r=R+h=2R,BD,自轉(zhuǎn)1,近地2,同步3,月球4,自轉(zhuǎn),近地,同步,月球,T1=1天,T2=85分,T3=1天,T4=1月,r1=R,r2=R,r37R,r4=60R,比較下列4顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)物理量 (r、T、v、a)大小,自轉(zhuǎn),近地,同步,月球,v3=3.1km/s,v2=7.9km/s,a= GM/r2,比較物理量大小,例1:有兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1m2=12,它們運(yùn)行線速度之比v1v2=12，那么( ) A.向心力之比F1F2=132 B

7、.向心加速度之比a1a2=161 C.軌道半徑之比r1r2=41 D.周期之比T1T2=81,ACD,比例法,例1:一顆人造地球衛(wèi)星距地面的高度為h,設(shè)地球半徑為R，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期為T，地球表面處的重力加速度為g,則該同步，衛(wèi)星的線速度的大小應(yīng)該為( ),BC,A,B 2(h+R)/T,C,D,一題多解,例2 :用m表示地球通訊衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）的質(zhì)量，h表示它離開地面的高度，R表示地球的半徑，g表示地面處的重力加速度，表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則通訊衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f有引力的大小為( ),BC,GMm/r2=mr2,(GM=gR2),F=GMm/r2=mgR2/(R+h)2,v2v1,v4v3,

8、v1v4,v2v1v4v3,衛(wèi)星的變軌,A,B,知小圓半徑為R,周期為T,大圓半徑為r,求衛(wèi)星從A躍遷到B的時(shí)間？,提示：用開普勒第3定律求解,比較下列速度大小,解：設(shè)“光子”的質(zhì)量為m，由于光不能從太陽射出, 設(shè)“光子”恰好繞太陽(黑洞)作近地勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力由萬有引力提供，由牛頓第二定律得:,黑洞,例:已知太陽的質(zhì)量M=2.01030kg，光的速度c=3.0108m/s， 試估算太陽如果演變成了黑洞，它的半徑將變成多少？,雙星,例: 在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距很近的恒星稱為雙星，這兩顆星必須各自以一定的速率繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)才不至于由于萬有引力而吸在一起。已知兩恒星的質(zhì)量分別為M1和M2兩恒

9、星距離為L。求：(1)兩恒星轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。,L,M1,M2,r1,L-r1,解：如圖所示，兩顆恒星分別以轉(zhuǎn)動(dòng)中心O作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度相同，設(shè)M1的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r1，M2的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r2=L-r1；它們之間的萬有引力是各自的向心力。,由后兩式相等解得得,由前兩式相等解得得,例、某行星上一晝夜的時(shí)間為T=6h，在該行星赤道處用彈簧秤測得一物體的重力大小比在該行星兩極處小10%，則該行星的平均密度是多大？（G取6.671011Nm2/kg2）,例、設(shè)某種原因地球自轉(zhuǎn)的加快，當(dāng)角速度等于多少時(shí)，赤道上物體的重力為零？,解：萬有引力全部提供自轉(zhuǎn)向心力,重力的變化,例：如圖所示，有A、B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相同，A衛(wèi)星的周期為T1，B衛(wèi)星的周期為T2 ，在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星第一次相遇（即兩衛(wèi)星距離最近）， 求：1、多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇？ 2、多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠(yuǎn) ？,t/2,解：A星轉(zhuǎn)得快，設(shè)相遇時(shí)B轉(zhuǎn)過角度為， 則A轉(zhuǎn)過角度為(+2)，設(shè)經(jīng)過的時(shí)間為t,衛(wèi)星的相遇,【例1】2000年1月26日我國發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星，其定點(diǎn)位置與東經(jīng)98的經(jīng)線在同一平面內(nèi).若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似為東經(jīng)98和北緯a=40已知地球半徑R、地球自轉(zhuǎn)周期T、地球表面重力加速度g(視為常數(shù))和光速c，試求該同步衛(wèi)星發(fā)