1、3.4 人造衛(wèi)星 宇宙速度,1,地球,太陽,恒星,行星,認(rèn)識(shí)衛(wèi)星,月亮,人造衛(wèi)星,衛(wèi)星,2,知識(shí)回顧：,1.萬有引力定律的表達(dá)式？ 2.行星運(yùn)動(dòng)向心力的來源？ 3.小球從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，隨初速度的增大，軌 跡將如何變化？,3,嫦娥奔月,外國人的飛天夢(mèng),古人的夢(mèng)想,4,在14世紀(jì)中國明代，有一位叫萬戶的軍 中工匠，制造了一把“飛天椅”，并在椅子后 面捆綁了47支“飛龍”火箭，試圖乘坐它上天 飛行。萬戶坐到椅子內(nèi)，手持兩只大風(fēng)箏， 點(diǎn)燃火箭，“飛龍”火箭把座椅推向半空，隨 風(fēng)箏飛了起來，但很快一聲爆炸，“飛天椅” 摔到山坡下，萬戶以生命為代價(jià)的嘗試終告 失敗。 萬戶是世界上第一個(gè)利用火箭向太空

2、 搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借 助火箭推力升空的創(chuàng)想是世界上第一個(gè)，因 此他被世界公認(rèn)為“真正的航天始祖”，為了 紀(jì)念這位世界航天始祖，世界科學(xué)家將月球 上的一座環(huán)形火山命名為“萬戶山”。,萬戶飛天,5,萬戶飛天,6,地面上的物體，怎樣才能成為人造地球衛(wèi)星呢？,300多年前，牛頓提出設(shè)想,7,300年前牛頓的猜想,牛頓的手稿,思考討論1:物體初速度達(dá)到多大時(shí)就可以成為一顆人造衛(wèi)星呢?,一、人造衛(wèi)星的發(fā)射原理,8,9,齊奧爾科夫斯基,前蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星,“東方紅一號(hào)”中國第一顆人造地球衛(wèi)星,“宇宙航行之父”,10,(A)通訊衛(wèi)星,(B)氣象衛(wèi)星,（C）地球資源衛(wèi)星,（D）第

3、三顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星,11,我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型,12,各種各樣的衛(wèi)星,返回,13,(A)通訊衛(wèi)星,(B)氣象衛(wèi)星,（C）地球資源衛(wèi)星,（D）第三顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星,14,一、理性的思維過程,地球,高山,從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)就一次比一次遠(yuǎn)，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就將永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)成為一顆地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星。,15,人造衛(wèi)星的發(fā)射過程：,1、在實(shí)驗(yàn)室組裝飛船,飛船分為軌道實(shí)驗(yàn)倉、返回倉、動(dòng)力倉三部分,16,2、將飛船裝入運(yùn)載火箭,17,3、飛船從總裝系統(tǒng)移向發(fā)射塔,18,4、飛船進(jìn)入發(fā)生勤務(wù)塔,19,5、發(fā)射升空,20,6、飛船飛行

4、過程全解,21,1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射 第一顆人造地球衛(wèi)星。,1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校 加加林乘坐東方一號(hào)載人飛 船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn) 入太空的夢(mèng)想。,1969年7月20日，阿波羅11 號(hào)將人類送上了月球。,夢(mèng)想成真，展望未來,22,1970年4月24日我國 第一顆人造衛(wèi)星升空,我國的航天成就,2003年10月15日 神舟五號(hào)楊利偉,23,2005年10月12日 神舟六號(hào) 費(fèi)俊龍聶海勝,2008年9月25日神舟七號(hào)翟志剛劉伯明 景海鵬嫦娥衛(wèi)星奔月,2007年10月24日嫦娥 一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功,24,西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,25,酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地,26,太原衛(wèi)星發(fā)射中心,27

5、,28,風(fēng)雪中領(lǐng)命出征,29,30,衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律,r,M,m,假設(shè)：人造衛(wèi)星質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M，人造衛(wèi)星到地心的距離為r。,討論：隨著人造衛(wèi)星到地心的距離為r的增大，衛(wèi)星的線速度v、向心加速度a、角速度w、周期T分別怎么變化？,=,（1）,（4）,（2）,（3）,r越大， 有： v越小， a越小， w越小， T越大。,理想模型圓形軌道,31,32,假設(shè)：人造衛(wèi)星質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M，人造衛(wèi)星到地心的距離為r。,第一宇宙速度,理想模型勻速圓周運(yùn)動(dòng),r,M,m,已知：G=6.6710-11Nm2/kg2,M=5.981024kg,RE=6.37106m。,請(qǐng)問：靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星的飛行速

6、度v是多少？,=, 7.9km/s,解答：,RE,這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。,33,人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與軌跡：,34,35,第一宇宙速度(環(huán)繞速度）：,第二宇宙速度（脫離速度）：11.2km/s,第三宇宙速度（逃逸速度）：16 .7km/s,衛(wèi)星環(huán)繞地球飛行的最大速度（最大的環(huán)繞速度） 地球上發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,衛(wèi)星擺脫地球的引力，不再繞地球飛行,衛(wèi)星擺脫太陽的引力，飛出太陽系,宇宙速度,7.9km/s,36,1、已知地表的重力加速度g，地球半徑R ，地球自轉(zhuǎn)周期T，求同步衛(wèi)星距地面的高度？,2、同步衛(wèi)星質(zhì)量m，離地面高h(yuǎn)，

7、地球半徑R，地球表面的重力加速度g，地球自轉(zhuǎn)角速度；則同步衛(wèi)星受地球的引力為： A、0 B、mgR2/(R+h)2 C、m 3 R2g4D、以上結(jié)論都不正確,(B、C),37,3、在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種學(xué)說叫做 宇宙膨脹說，這種學(xué)說認(rèn)為萬有引力常量G在緩慢地減小。根據(jù)這一理論，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉(zhuǎn)情況與現(xiàn)在相比:( ) A、公轉(zhuǎn)半徑R 較大 B、公轉(zhuǎn)周期T 較小 C、公轉(zhuǎn)速率v 較大 D、公轉(zhuǎn)角速度較小,BC,38,一衛(wèi)星的發(fā)射,二.衛(wèi)星的運(yùn)行,39,宇宙速度,衛(wèi)星的發(fā)射與回收,1,2,3,40,發(fā)射過程：,1停泊軌道 2轉(zhuǎn)移軌道 3靜止軌道,一、同步衛(wèi)星的發(fā)射,41

8、,人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與環(huán)繞速度之間的大小關(guān)系是：,42,衛(wèi)星變軌（動(dòng)畫演示）,43,變軌：,速度增加（F引F向心離心運(yùn)動(dòng)） 半徑增大（F引為阻力）速度減小 新軌道r新r;V新V 速度減小（F引F向心向心運(yùn)動(dòng)） 半徑減?。‵引為動(dòng)力）速度增大 新軌道r新r;V新V,能量分析： 飛船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會(huì)逐漸降低，由于阻力很小，軌道高度的變化很慢，衛(wèi)星運(yùn)行的每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,44,1、發(fā)射和回收階段,發(fā)射,加速上升,超重,回收,減速下降,超重,2、沿圓軌道正常運(yùn)行,只受重力,a = g,完全失重,與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失,天平,彈簧秤測(cè)重力,液體壓強(qiáng)計(jì),45,1、

9、如圖所示，發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火將衛(wèi)星送入同步圓軌道3，軌道1、2相切于A點(diǎn)，軌道2、3相切于B點(diǎn)。則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道正常運(yùn)行時(shí)，下列說法中正確的是（ ）,A、衛(wèi)星在軌道3上的周期大于在軌道1上的周期 B、衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 C、衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速率大于經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速率 D、衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過A點(diǎn)的加速度大于經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的加速度,A、C、D,46,47,通訊衛(wèi)星,高度相同,在赤道上方,三顆同步衛(wèi)星 可以覆蓋全球,48,1、什么是地球同步衛(wèi)星？,所謂地球同步衛(wèi)星是指相對(duì)于

10、地面靜止的人造衛(wèi)星，它的周期T,2、地球同步衛(wèi)星能否位于北京正上方某一確定高度h ？,所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道上方的一個(gè)確定軌道上,同步衛(wèi)星,49,同步衛(wèi)星的必須在赤道上空,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?？梢姡臻g位置也是一種資源。,50,同步衛(wèi)星的高度:,h為固定值（h=35786Km）,同步衛(wèi)星速度:,51,同步衛(wèi)星,近地衛(wèi)星,月球,近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較,52,近地衛(wèi)星運(yùn)行的周期公式,R,h,地球,衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的最小周期：Tmin=84.5分,53,1,2,3,4,思考討論4: 以下人造衛(wèi)星的線速度、周期、角速度的大小關(guān)系?

11、,v1v2=v3v4,T1T2=T3T4,12=34,54,例題：設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R。人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運(yùn)行，質(zhì)量為m，軌道半徑為r。那么，在該軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的速度v如何推算？,人造地球衛(wèi)星運(yùn)行遵從的規(guī)律是：衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的引力就是向心力。,可以看出: 衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越慢。,55,人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道的半徑的關(guān)系,1、,軌道半徑越大，線速度越小。,2、,軌道半徑越大，角速度越小。,3、,軌道半徑越大，周期越長。,56,1、宇宙速度（發(fā)射速度）,第一宇宙速度環(huán)繞速度 人造衛(wèi)星最小的發(fā)射速度; 最大的環(huán)繞速度; 人造衛(wèi)星最短的周

12、期:84分鐘 第二宇宙速度脫離速度v2=11.2km/s 第三宇宙速度 逃逸速度 v3=16.7km/s,2、同步衛(wèi)星 定周期、定速：T24h；v=3.1km/s 定位：軌道平面與赤道平面共面 定高：離地面高3.6104km 約為5.6R地（離地心6.6R地） 衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)方向必須是由西向東。,57,3、黑洞（黑洞的M很大，R很小）,接近“黑洞”的所有物質(zhì)即使速度等于光速也被“黑洞”吸入,任何物體都不能脫離它的束縛，甚至連光也不能射出,58,衛(wèi)星追趕問題,1、兩星相距最遠(yuǎn)的條件： 2、兩星相距最近的條件：,59,提示 ：同學(xué)們算算，近地衛(wèi)星的周期又是多少呢？,思考：我們能否發(fā)射一顆周期為70mi

13、n的衛(wèi)星呢？,不能！,60,1、宇宙飛船要與軌道空間站對(duì)接，飛船為了追上軌道空間站 （ ） A從較低軌道上加速 B從較高軌道上加速 C從空間站同一高度軌道上加速 D無論從什么軌道上加速都可以,A,61,2 、利用下列哪組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出地球的質(zhì)量 A 、已知地球的半徑 R 和地面的重力加速度 B 、已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r 和周期T C 、已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r 和線速度v D 、已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度v和 周期T,答案：,A,B,C,D,62,3、若人造衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是 （ ） A.衛(wèi)星的軌道半徑越大，它的 運(yùn)行速度

14、越大 B.衛(wèi)星的軌道半徑越大，它的 運(yùn)行速度越小 C.衛(wèi)星的質(zhì)量一定時(shí)，軌道半徑越大，它需要的 向心力越大 D.衛(wèi)星的質(zhì)量一定時(shí)，軌道半徑越大，它需要的 向心力越小,B D,63,4、A是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星B的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h，已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角速度0，地球表面的重力加速度為g，O為地球中心。 （1）求衛(wèi)星B的運(yùn)動(dòng)周期 （2）如衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，某時(shí)刻A、B兩衛(wèi)星相距最近（O、B、A在同一直線上）則至少經(jīng)過多長時(shí)間，它們?cè)僖淮蜗嗑嘧罱?64,解:（1）由萬有引力定律和向心力公式得,聯(lián)立得,（2）由題意得 (B-0)t=2 ,由得,代入得,

15、65,5、 在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道，然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道。則 （ ） A.該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.2km/s B.衛(wèi)星在同步軌道上的運(yùn)行速度大于7.9km/s C.在軌道上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度 D.衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道進(jìn)入軌道,C D,66,6、人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速率 （ ）,A.一定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/s C.一定大于7.9km/s D.介于7.9 km/s11.2km/s之間,B,67,7、通信衛(wèi)星又叫同步衛(wèi)星，下面關(guān)于 同步衛(wèi)星的說法中正確的是 A、所有的地球同

16、步衛(wèi)星都位于地球的赤道 平面內(nèi) B、所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等 C、所有的地球同步衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn) 動(dòng)的角速度都相等 D、所有的地球同步衛(wèi)星離地心的距離都相等,ACD,68,ABD,8、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射到近地 圓軌道1，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次 點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)， 軌道2、3相切于P點(diǎn)，如圖所示，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、 3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，下列說法中正確的是： A、衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B、衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度 C、衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道 2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度 D、衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)