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人造卫星宇宙速度 2013 3 英国科学家牛顿 1643 1727 在1687年出版的 自然哲学的数学原理 中 牛顿设想抛出速度很大时 物体就不会落回地面 牛顿的思考与设想 问题 1 卫星绕地球做圆周运动向心力来源是什么 这些卫星的轨道有什么共同特点呢 极地轨道 一般轨道 赤道轨道 立体 赤道平面 运行原理 运行轨道 所有卫星都在以地心为圆心的圆轨道上 万有引力提供向心力 1 人造卫星 1 卫星绕地球做圆周运动向心力来源是什么 这些卫星的轨道有什么共同特点呢 2 在地面上以多大的速度发射 才能使它成为地球的一颗人造卫星 问题 法一 环绕模型万有引力提供物体作圆周运动的向心力 在地球表面以多大的速度抛出物体 它才会绕地球表面运动不落下 已知 6 67 10 11Nm2 kg2 地球质量M 5 89 1024kg 地球半径R 6400km 地球表面重力加速度 法二 在地球表面附近 已知重力加速度值 重力近似等于万有引力 提供物体作圆周运动的向心力 2 三种宇宙速度 第一宇宙速度 环绕速度 v 7 9千米 秒 注意 1 近地飞行的环绕速度 地球卫星的最小发射速度 地球 r越大 v T 越大 越小 高轨低速长周期 讨论 对于绕地球做圆周运动的人造卫星 它们的线速度v 周期T随轨道半径r变化的关系 那角速度 向心加速度a呢 注意区分环绕速度和发射速度 2 卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度 注意 1 近地飞行的环绕速度 地球卫星的最小发射速度 第一宇宙速度 思考 对于绕地球运动的人造卫星 1 半径越大 线速度越 2 半径越大 周期越 3 半径越大 角速度越 4 半径越大 向心加速度越 小 大 小 小 平面 高轨低速长周期 第三宇宙速度 脱离速度 v 16 7千米 秒 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度 第二宇宙速度 逃逸速度 v 11 2千米 秒 卫星挣脱地球束缚 变成行星的最小发射速度 地球同步卫星 相对于地面静止的 跟地球自转同步的卫星 24h 轨道平面 赤道平面 在赤道正上方 距地面高度h 如何求 周期T一定 T 已知 地球质量M 半径R 引力常量G 请你利用已学的知识 探究地球同步卫星距地球表面的高度h 地球同步卫星 相对于地面静止的 跟地球自转同步的卫星 24h 轨道平面 与地球自转方向一致 赤道平面 在赤道正上方 距地面高度h 36000km r h v T a 全部固定 如何求 周期T一定 T 大约3度角左右才能放置一颗卫星 地球的同步通讯卫星只能有120颗 可见 空间位置也是一种资源 人造卫星的用途 可用于通讯 气象 广播电视 勘测 军事等多个方面 小结 1 三种宇宙速度 特别是第一宇宙速度 2 人造地球卫星 v T等物理量与轨道半径r的关系 3 地球同步卫星赤道平面 与地球自转方向一致r h v T a大小固定 例题习题1 如图所示的三个人造地球卫星 则说法正确的是 卫星可能的轨道为a b c 卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为a c 同步卫星可能的轨道为aA 是对的B 是对的C 是对的D 是对的 2 我国已发射一颗绕月运行的探月卫星 嫦娥一号 设该卫星的轨道是圆形的 且贴近月球表面 已知月球质量是地球质量的1 81 月球半径是地球半径的1 4 地球上的第一宇宙速度为7 9km s 则该探月卫星绕月运行的速率为 A 0 4km sB 1 8km sC 11km sD 36km s 3 人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动 其速率是下列的 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 4 关于地球同步卫星 下列说法中不正确的是 A 它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间B 为避免同步通信卫星在轨道上相撞 必须使它们运行在不同的轨道上C 它可以在地面上任一点的正上方 但离地心的距离是一定的D 各国发射的这种卫星轨道半径都是一样的