专题：高中物理人造卫星问题.ppt

天体运动问题 人造卫星系列 把天体 或人造卫星 的运动看成是匀速圆周运动 其所需向心力由万有引力提供 一 解决天体 卫星 运动问题的基本思路 1 建立模型 这是本章的主线索 2 在地面附近万有引力近似等于物体的重力 这是本章的副线索 若已知地球表面的重力加速度g和地球半径R 可以用gR2替换GM 由于这种代换的重要性 通常被称为黄金代换 由上式得 二 人造卫星的运动规律 可见 v T和a与r为一一对应关系 人造地球卫星 问题 卫星的轨道圆心在哪儿 所有卫星的轨道圆心都在地心上 赤道卫星 极地卫星 其他卫星 赤道卫星 其他卫星 从卫星的受力角度分析 卫星的轨道有什么特点 轨道特点 万有引力提供向心力 所以轨道平面一定经过地球中心对于圆轨道 地心位于其圆心 对于椭圆轨道 地心位于一个焦点上 例1 思考与讨论 如图所示 A B C D四条轨道中不可以作为卫星轨道的是哪一条 提示 卫星作圆周运动的向心力必须指向地心 二 两种最常见的卫星 轨道半径近似地可认为等于地球半径 速率v 7 9km s 周期T 85min 在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大 周期最短 神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为345km 线速度约7 6km s 周期约90min 1 近地卫星 小资料 8 凡是近地人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程 即 重力 万有引力 向心力 地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h 2 同步卫星 地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定运行卫星 关于地球同步卫星的五个 一定 轨道平面一定 轨道平面与共面 周期一定 与地球自转周期 即T 24h 角速度一定 与地球自转的角速度 赤道平面 相同 相同 与地球自转方向相同即自西向东运动 绕行方向 3颗同步卫星可实现全球覆盖 1 同步卫星主要用于通讯 要实现全球通讯 只需三颗同步卫星即可 2 为了同步卫星之间不互相干扰 大约3 左右才能放置1颗 这样地球的同步卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星 同步卫星 月球三者比较 比较赤道上的某一点 近地卫星 同步卫星的T v a向 注意事项 区别赤道上随地球自转的物体 近地卫星与同步卫星 巩固与练习 2011 北京 由于通讯和广播等方面的需要 许多国家发射了地球同步卫星 这些卫星的 A 质量可以不同B 轨道半径可以不同C 轨道平面可以不同D 速率可以不同 答案 A 如何发射同步卫星 三 卫星变轨问题 对于稳定运行状态的卫星 运行速率不变 轨道半径不变 万有引力提供向心力 即成立 其运行速度与其运行轨道处于一一对应关系 即每一轨道都有一确定速度相对应 而不稳定运行的卫星则不具备上述关系 其运行速率和轨道半径都在发生着变化 万有引力做功 我们将其称为不稳定运行即变轨运动 当卫星所受万有引力刚好提供向心力时 它的运行速率就不再发生变化 轨道半径确定不变从而做匀速圆周运动 我们称为稳定运行 1 卫星的变轨问题 当卫星速度增大时 卫星做离心运动 轨道半径变大 到高轨道后达到新的稳定运行状态 卫星做向心运动 轨道半径减小 到低轨道后达到新的稳定运行状态 当卫星速度减小时 卫星变轨时半径的变化 根据万有引力和所需向心力的大小关系判断 稳定在新轨道上的运行速度变化由判断 思考 人造卫星在低轨道上运行 要想让其在高轨道上运行 应采取什么措施 在低轨道上加速 使其沿椭圆轨道运行 当行至椭圆轨道的远点处时再次加速 即可使其沿高轨道运行 卫星变轨原理 1 卫星在二轨道相切点 万有引力相同 加速度相同 速度 内小外大 切点看轨迹 2 卫星在椭圆轨道运行 近地点 速度大 加速度大 远地点 速度小 加速度小 四 人造卫星的超重和失重 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 五 模型三 双星 双星 是由两颗绕着共同的中心旋转的星球组成 它们围绕它们的连线上的某一固定点做同周期的匀速圆周运动 这种结构称为双星 1 两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周运动 2 两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力 即两颗恒星受到的向心力大小相等 3 两颗恒星与旋