人造衛(wèi)星 宇宙速

3.4人造衛(wèi)星宇宙速度目前一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)地球太陽恒星行星認(rèn)識衛(wèi)星月亮人造衛(wèi)星衛(wèi)星目前二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)知識回顧：1.萬有引力定律的表達(dá)式？2.行星運(yùn)動向心力的來源？3.小球從同一高度做平拋運(yùn)動，隨初速度的增大，軌跡將如何變化？目前三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)嫦娥奔月外國人的飛天夢古人的夢想目前四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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”。萬戶飛天目前五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)萬戶飛天目前六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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)想目前七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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×目前八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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”中國第一顆人造地球衛(wèi)星—“宇宙航行之父”目前十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)(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)星目前十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)我國發(fā)射的人造衛(wèi)星類型目前十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)各種各樣的衛(wèi)星……返回目前十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)(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)星目前十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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)不會落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)成為一顆地球運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星。目前十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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、動力倉三部分目前十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)2、將飛船裝入運(yùn)載火箭目前十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)3、飛船從總裝系統(tǒng)移向發(fā)射塔目前十八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

4、飛船進(jìn)入發(fā)生勤務(wù)塔目前十九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)5、發(fā)射升空目前二十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)6、飛船飛行過程全解目前二十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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載人飛船進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球。夢想成真，展望未來目前二十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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日神舟五號楊利偉目前二十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)2005年10月12日神舟六號費(fèi)俊龍聶海勝2008年9月25日神舟七號翟志剛劉伯明景海鵬嫦娥衛(wèi)星奔月2007年10月24日嫦娥一號月球探測器發(fā)射成功目前二十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心目前二十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地目前二十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)太原衛(wèi)星發(fā)射中心目前二十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前二十八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)風(fēng)雪中領(lǐng)命出征目前二十九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前三十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律rMm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—圓形軌道目前三十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前三十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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rMm已知：G=6.67×10-11N·m2/kg2,M=5.98×1024kg,RE=6.37×106m。請問：靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星的飛行速度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)動所必須具有的最低發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度。目前三十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與軌跡：目前三十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前三十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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目前三十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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)，地球半徑R，地球表面的重力加速度g，地球自轉(zhuǎn)角速度ω；則同步衛(wèi)星受地球的引力為：A、0B、mgR2/(R+h)2C、m3R2gω4D、以上結(jié)論都不正確(B、C)目前三十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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ω較小BC目前三十八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)一．衛(wèi)星的發(fā)射V二.衛(wèi)星的運(yùn)行目前三十九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)宇宙速度衛(wèi)星的發(fā)射與回收123目前四十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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)射目前四十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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：目前四十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)衛(wèi)星變軌（動畫演示）目前四十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)變軌：速度增加（F引＜F向心離心運(yùn)動）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?。‵引＞F向心向心運(yùn)動）半徑減?。‵引為動力）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。目前四十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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重力液體壓強(qiáng)計(jì)目前四十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

1、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（

）AB321.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目前四十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)目前四十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)通訊衛(wèi)星高度相同在赤道上方三顆同步衛(wèi)星可以覆蓋全球目前四十八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

1、什么是地球同步衛(wèi)星？

所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它的周期T＝２４ｈ2、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)星目前四十九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)同步衛(wèi)星的必須在赤道上空F向=F引F向F引F引同步衛(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。目前五十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)同步衛(wèi)星的高度:

h為固定值（h=35786Km）同步衛(wèi)星速度:目前五十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較目前五十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)近地衛(wèi)星運(yùn)行的周期公式Rh地球衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的最小周期：Tmin=84.5分目前五十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)1234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?v1>v2=v3>v4T1<T2=T3<T4ω1>ω2=ω3>ω4目前五十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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，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。目前五十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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。目前五十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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/s2、同步衛(wèi)星定周期、定速：T＝24h；v=3.1km/s定位：軌道平面與赤道平面共面定高：離地面高3.6×104km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。

目前五十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)3、黑洞（黑洞的M很大，R很?。┙咏昂诙础钡乃形镔|(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目前五十八頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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：目前五十九頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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70min的衛(wèi)星呢？不能！！目前六十頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

1、宇宙飛船要與軌道空間站對接，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目前六十一頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)

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)動的軌道半徑r和周期TC、已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑r和線速度vD、已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度v和周期T答案：ABCD目前六十二頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)3、若人造衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動，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BD目前六十三頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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ω0，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，它們再一次相距最近？OBAhR目前六十四頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)解:（1）由萬有引力定律和向心力公式得

聯(lián)立①②得（2）由題意得(ωB-ω0)t=2π④由③得代入④得目前六十五頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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Ⅰ，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Ⅱ。則（）A.該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.2km/sB.衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運(yùn)行速度大于7.9km/sC.在軌道Ⅰ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Ⅰ進(jìn)入軌道ⅡPQⅠⅡ地CD目前六十六頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)6、人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，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7.9km/s~11.2km/s之間B目前六十七頁\總數(shù)七十一頁\編于二十二點(diǎn)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、所有的地球同步衛(wèi)星都位于地球的赤道平面內(nèi)B