教科版必修二 3.4人造卫星宇宙速度 课件（32张）.ppt

卫星 绕行星运动的物体 第4节人造卫星宇宙速度 问题 卫星是如何从地球上抛出去的 模拟 在地球附近 水平发射飞行器 第二宇宙速度 脱离 第一宇宙速度 环绕 第三宇宙速度 逃逸 物体落回地面 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动 物体绕地球运转 运动轨迹是椭圆 物体绕太阳运动 物体飞出太阳系 一 宇宙速度 1 第一宇宙速度v1 7 9km s 环绕 2 第二宇宙速度v2 11 2km s 脱离 3 第三宇宙速度v3 16 7km s 逃逸 4 求第一宇宙速度的思路 例 地球半径为r 质量为m 地面附近的重力加速度为g 万有引力常量为g 则靠近地面运转的人造地球卫星环绕速度 建立模型 卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路2 重力提供向心力 基本思路1 万有引力提供向心力 近地卫星在100 200km的高度飞行 与地球半径6400km相比完全可以说是在地面附近飞行 讨论 不同天体的第一宇宙速度相同吗 是由中心天体的质量m 半径r决定 例 已知地球是月球质量的81倍 地球半径为月球半径的3 8倍 在地球表面上发射卫星 至少需要7 9km s的速度 求在月球上发射一颗环绕月球表面运行的飞行物至少需要多大的速度 1 74km s 问题1 卫星的轨道圆心在哪儿 二 人造地球卫星 1 所有卫星的轨道圆心都在地心上 按轨道分类 极地卫星 赤道卫星 其他卫星 地球 问题2 两颗人造地球卫星 都在圆形轨道上运行 它们的质量相等 轨道半径不同 比较它们的向心加速度an 线速度v 角速度 周期t 建立模型设地球质量为m 地球半径为r 卫星距地面高为h 卫星质量为m 2 人造地球卫星的向心加速度an 线速度v 角速度 周期t 若两颗人造地球卫星的质量不等相等 结论不变 向心加速度an 线速度v 角速度 周期t只由轨道半径r决定 只是向心力不能确定 若卫星在近地轨道上运行 则有h 0 r r 周期最小 7 9km s运行速度最大 第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度 也是环绕地球运行的最大速度 问题3 若有一颗卫星相对地球静止 你能否形象的描述它的轨道 卫星位于赤道的正上方的某一高度 轨道与赤道重合 资料1 比较赤道上的某一点 近地卫星 同步卫星的t v a向 用学过的知识解释上述结果 所有同步卫星都具有如下特点 1 只能分布在一个确定的赤道轨道上 2 周期与地球自转的周期相同 t 24h 3 角速度 与地球的自转角速度相同 4 离地面高度 h 36000km 5 线速度 v 3 1km s 3 同步卫星 资料3 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 问题4 如何发射同步卫星 课本p54 1 如图所示 a b c是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星 a和b的质量相同而小于c的质量 下列说法中正确的是 a b c的线速度大小相等 且小于a的线速度b b c的周期相等 且大于a的周期 c b c的向心加速度大小相等 且大于a的向心加速度 d b所需的向心力最小 abd 2 通信卫星又叫同步卫星 下面关于同步卫星的说法中正确的是 a 所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内b 所有的地球同步卫星的质量都相等c 所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的角速度都相等d 所有的地球同步卫星离地球的高度都相等 acd 3 据报道 我国首颗数据中继卫星 天链一号01星 于2008 4 25在西昌卫星发射中心成功发射 经过四次变轨控制后 于5 1成功定点在东京770赤道上空的同步轨道 关于成功定点 天链一号01星 说法正确的是 a 运行速度大于7 9km sb 离地面高度一定 相对地面静止c 绕地球运行的角速度比月球运行的角速度大d 向心加速度比静止在赤道上的物体的向心加速度小 bc 4 05天津 土星周围有美丽壮观的 光环 组成环的颗粒是大小不等 线度从1 m到10m的岩石 尘埃 类似于卫星 它们与土星中心的距离从7 3 104km延伸到1 4 105km 已知环的外缘颗粒绕土星做圆周运动的周期约为14h 引力常量为6 67 10 11n m2 kg2 则土星的质量约为 估算时不考虑环中颗粒间的相互作用 9 0 1016kg 6 4 1017kg 9 0 1025kg 6 4 1026kg d 5 同步卫星轨道半径为r 运行速率为v1 加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为v2 地球半径为r 则下列关系式正确的是 a b c d ad 6 05北京 已知地球质量大约是月球质量的81倍 地球半径大约是月球半径的4倍 不考虑地球 月球自转的影响 由以上数据可推算出 地球的平均密度与月球的平均密度之比约为9 8 地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为9 4c 靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8 9d 靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器线速度之比约为81 4 c 7 07江苏 假设太阳系中天体的密度不变 天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半 地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动 则下列物理量变化正确的是 a 地球的向心力变为缩小前的一半b 地球的向心力变为缩小前的1 16c 地球绕太阳公转周期与缩小前的相同d 地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半 bc 8 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后点火 使其沿椭圆轨道2运行 最后再次点火 将卫星送入同步圆轨道3 轨道1 2相切于q点 轨道2 3相切于p点 如图 则当卫星分别在1 2 3轨道上正常运行时 以下说法正确的是 a 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1的速率b 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度c 卫星在轨道1上经过q点时的加速度大于它在轨道2上经过q点时的加速度d 卫星在轨道2上经过p点的加速度等于它在轨道3上经过p点的加速度 bd 1 1957年10月 苏联发射第一颗人造地球卫星 2 1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空 实现了人类进入太空的梦想 3 1969年7月20日 阿波罗11号将人类送上了月球 三 梦想成真 6 美国 凤凰 号火星探测器2007年8月4日发射 2008年5月25日在火星着陆 5 卡西尼 号土星探测器1997年10月15日发射升空 2004年1日飞抵土星 4 先驱者 10号太空探测器1972年3月2日发射升空 1986年6月飞出太阳系 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空 中国的航天成就 2007年10月24日嫦娥一号 月球探测卫星 于月在西昌卫星发射中心由 长征三号甲 运载火箭发射升空 卫星发射后 用8天至9天时间完成调相轨道段 地月转移轨道段和环月轨道段飞行 执行科学探测任务 完成科学任务 为月球 画像 分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点 探测月壤厚度及地月空间环境 嫦娥二号 预计2010年年底发射升空 嫦娥二号 卫星的主要任务是为 嫦娥三号 实现月球软着陆进行部分关键技术试验 并对 嫦娥三号 着陆区进行高精度成像 目前 嫦娥二号 卫星突破了地月转移轨道发射 x频段测控 近月捕获 环月飞行轨道控制 深空测控通信及高分辨率立体相机研制六项关键技术 1984年4月8日我国第一颗同步卫星升空 2003年10月15日神舟五号杨利伟 2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜 2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏 展望未来 课本p53中国国家航天计划示意图 绳系卫星放飞太空1 绳系卫星不是从地面放飞出去用绳子将卫星栓起来 然后像放风筝一样放出去 绳系卫星并不是从地面放出去的 它是从在太空中飞行的航天飞机 宇宙飞船或者空间站等航天器上放出去的 目前用航天器释放绳系卫星主要有三种方式 可以将其挂在航天器后面 让他与航天器在同一高度飞行 也可以利用卫星上配有的小型喷气推力器 把卫星推上较高的空间 让它像风筝那样 在航天器上方高高运行 还可以让其挂在航天飞机的下方 就像热气球下的挂蓝般 2 绳系卫星还能自己发电绳系卫星的系绳还可以为卫星及它连接的航天器提供电能供应 由于地球是一个大磁场 当航天飞机或者其他航天器携带着绳系卫星在环绕着地球飞行时 连接绳系卫星的系绳由于是由导电材料制成 在绕地球运动时 他们不断地切割地球磁场 就会变成一台发电机 向绳系卫星和牵引它的航天器供电 绳系还可以完成卫星和其他航天器或者卫星之间的通信功能 从而保证他们之间通信的畅通无阻 将来 绳系卫星或许还可以在地球和月球之间进行等距离设置 这样人们便可以像排队传递重物一般 把要输送到月球上去的东西 通过系绳的摆动 甩给相邻的卫星 实现不需推进器的空间运输 3 绳系卫星发展面临很多困难它不像我们在地面放风筝那样简单 由于其整个操作和控制过程都是在太空中进行 其动力学特性相当复杂 因此要想让这个技术完善有许多具有挑战性的技术需要突破 另外 现在太空中到处都是太空垃圾 一不小心 这些垃圾就会将绳系卫星的绳子划断 从而让卫星消失的无影无踪 金栋平教授表示 他做绳系卫星的研究才几年时间 该项目还有很多难题需要突破 目前中国要实现绳系卫星工程还有很多现实困难 但是他坚信 随着以后研究的深入 相关的技术一定会越来越成熟 资料 摘自北京青年报 中继卫星被称为 卫星的卫星 可为卫星 飞船等航天器提供数据中继和测控服务 极大提高各类卫星使用效益和应急能力 能使资源卫星 环境卫星等数据实时下传 为应对重大自然灾害赢得更多预警时间 天链一号01星 将在三个方面得到应用并将产生巨大效益 远望号测量船队加上10余个地面站 才能为神舟飞船提供12 的测控覆盖率 一颗中继卫星即可覆盖卫星或飞船50 的飞行弧段 无论是经济效益还是使用效率都有了质的提高 航天器在太空中出现故障