人造衛(wèi)星專題發(fā)射回收變軌

關于人造衛(wèi)星專題發(fā)射回收變軌第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日探究問題一：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？abc提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日一.一般人造衛(wèi)星的知識1.軌道平面與地軸間的夾角可以是任意的.但該平面一定通過地球球心.第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日衛(wèi)星的軌道赤道軌道極地軌道其他軌道第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日2、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:線速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關系：第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越（2）離地面越高，線速度越（3）離地面越高，周期越（4）離地面越高，角速度越（5）離地面越高，向心加速度越小大小小小第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日探究問題二：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？abc（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉同步？第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日二.同步衛(wèi)星1.定義:相對地面靜止的,和地球具有相同周期的衛(wèi)星.。第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日二.同步衛(wèi)星2.同步衛(wèi)星的軌道分析同步衛(wèi)星要定點在赤道上方分析：若同步衛(wèi)星位于赤道平面外的某一點,則地球對它的萬有引力F可分為一個繞地球地軸旋轉的向心力F1,和一個使衛(wèi)星向赤道平面運動的力F2,使衛(wèi)星向赤道平面運動。FF1F2地軸赤道第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日二.同步衛(wèi)星3.計算同步衛(wèi)星高度萬有引力提供向心力同步通訊衛(wèi)星軌道半徑：h+R=4.2第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日二.同步衛(wèi)星4.同步衛(wèi)星的線速度..解：萬有引力提供向心力故=由此解出v=將地球質量 M及 軌道半徑r帶入第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日5.幾個問題1）、人造衛(wèi)星為何向東發(fā)射？2）、至少幾顆衛(wèi)星才能覆蓋整個赤道？為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約30左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也是一種資源。三顆同步衛(wèi)星反射信號可以覆蓋整個赤道第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日三.人造地球衛(wèi)星中的超重和失重1.發(fā)射過程2.回收過程3.進入正常圓軌道第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、人造衛(wèi)星的超重和失重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、沿圓軌道正常運行只受重力a=g完全失重與重力有關的現象全部消失天平彈簧秤測重力液體壓強計注意：無論哪種狀態(tài)都是視重的變化，其重力不變。第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日四.衛(wèi)星變軌衛(wèi)星的變軌問題由萬有引力與向心力的大小比較判斷得出：F＞mv2/r

衛(wèi)星做近心運動

F＜mv2/r

衛(wèi)星做離心運動

由于技術上的原因，衛(wèi)星的發(fā)射往往要分幾個階段，經過多次變軌后才能定點于預定的位置。第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日視頻第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日v1v2v3v4例

如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時，先進入一個近地的圓軌道，然后在P點點火加速，進入橢圓形轉移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P，遠地點為同步軌道上的Q），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。設衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在P點短時間加速后的速率為v2，沿轉移軌道剛到達遠地點Q時的速率為v3，在Q點短時間加速后進入同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用小于號將它們排列起來______。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日v1v2v3v4PQ解答:根據題意有v2>v1,v4>v3

而v1、v4是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的線速度，由下式知v1>v4故結論為v2>v1>v4>v3

衛(wèi)星沿橢圓軌道由P→Q運行時，由機械能守恒可知，其重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，因此有v2>v3

衛(wèi)星的回收實際上是衛(wèi)星發(fā)射過程的逆過程第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日1、圓軌道（低）圓軌道（高）（1）低軌道到高軌道：增大速度變軌，（2）高軌道到低軌道：減小速度變軌，PQ123第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日2、橢圓軌道圓軌道（1）遠地點處變軌：速度增大進入高軌道。（2）近地點處變軌：速度減小進入低軌道。PQ123第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日飛船變軌【例】發(fā)射地球同步衛(wèi)星時,先將衛(wèi)星發(fā)射到近地圓軌道1,然后點火,使其沿橢圓軌道2運行,最后再次點火,將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1,2相切于Q點,軌道2,3相切于P點,如圖所示,則當衛(wèi)星分別在1,2,3軌道上正常運行時,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上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過Q點時的加速度

D.衛(wèi)星在軌道2上經過P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度BD第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日解：不正確。應為

,得⑵請根據已知條件再提出兩種估算地球質量的方法并解得結果。解：由

，得或由,得啟示：注意把握知識間的內在聯系，構建知識網絡?！纠浚?004年廣東卷）已知萬有引力常量G，地球半徑R，月球繞地球運動的軌道半徑為r，同步衛(wèi)星距地面的高度h，月球繞地球的運轉周期T1，地球的自轉周期T2，地球表面的重力加速度g。某同學根據以上條件，提出一種估算地球質量M的方法：同步衛(wèi)星繞地球作圓周運動，由

,得⑴請判斷上面的結果是否正確，并說明理由。如不正確，請給出正確的解法和結果。第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日再見!第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日宇宙航行第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日思考下列問題1.月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會落到地面上來？

2.什么叫做人造地球衛(wèi)星？

3.子彈從槍膛射出，其軌跡如何?4.物體做平拋運動時，飛行的距離與飛行的水平初速度有何關系?5.若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會怎樣？

第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日牛頓人造衛(wèi)星原理圖牛頓的思考與設想：拋出的物體速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會成為人造衛(wèi)星牛頓和你們的想法一樣，曾依據平拋現象猜想了衛(wèi)星的發(fā)射原理，但他沒有看到他的猜想得以實現。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日牛頓的設想過程第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力法二：重力提供物體作圓周運動的向心力探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2

,地球質量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6400km)

（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日一宇宙速度1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s．它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度．說明：（１）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；

（２）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日牛頓的設想過程第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

（3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點．

第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日２、第二宇宙速度（脫離速度）

這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度．如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點．v2=11.2km/s第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日3、第三宇宙速度（逃逸速度）

這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度．如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了．而成為人造恒星v3=16.7km/s第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、宇宙速度1、第一宇宙速度：

(環(huán)繞速度）

V1=7.9km/s地球11.2km/s>v>7.9km/s2、第二宇宙速度：

(脫離速度)V2=11.2km/sV3=16.7km/s3、第三宇宙速度：（逃逸速度）→人造行星→人造恒星人造衛(wèi)星第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日近地衛(wèi)星r↗

v↘其它衛(wèi)星

二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度

發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念．

（1）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進入運動軌道．

（2）環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度．當衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度．

第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日（3）發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉速度大又說明什么？學生思考：（1）將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？（2）所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時，火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度還是最小的環(huán)繞速度？探究問題三：第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度,也是最大的環(huán)繞速度結論:第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？

探究問題四：第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

近地衛(wèi)星的周期最小我們不能發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星第四十頁，共四十三頁，2022年，8月28日解1：萬有引力提供向心力

故=由此解出v=

若已知近地衛(wèi)星在“地面附近”飛行，可以用地球半徑R代表衛(wèi)星到地心的距離r，地球半徑R