人造卫星宇宙速度PPT.ppt

1970年4月24日,这是一首中国人熟悉的乐曲,嫦娥奔月,敦煌飞天的壁画,万户飞天,神话：千里眼顺风耳,讨论：地面上的物体，怎样才能发射上太空呢？,一、牛顿的设想-发射人造卫星原理,1、牛顿对发射人造卫星的构想：,从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。,牛顿人造地球卫星的设想图,平抛,洲际导弹,人造卫星,增大,在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落回地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称人造地球卫星。（简称：人造卫星）,二、人造地球卫星,想一想:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?,2.人造卫星绕地球运行的动力学原因,人造卫星绕地球运行时，做匀速圆周运动，人造卫星需要向心力由万有引力提供。,设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,求：卫星运动的线速度，角速度，周期?,3.1人造卫星的运行速度,已知地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，万有引力提供向心力，则：,3.1人造卫星的运行速度,不同轨道上运行的卫星，轨道半径越大，线速度越小、角速度越小、向心加速度越小、周期越长。,线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？,3.2宇宙速度,讨论:,高轨道上运行的卫星速度小，是否越容易发射呢？,这取决于卫星的发射速度，而不是运行速度。,问题与思考,要使卫星在离地面更远的轨道上运行，则需要更（）的发射速度，来到新轨道上的运行速度变（）。,大,小,1.第一宇宙速度,地球半径R地=6400km，地球质量M=5.981024kg,近地卫星的环绕速度（在轨道上的运行速度）第一宇宙速度。,最小的发射速度，最大的环绕速度.,要发射一颗轨道半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。但所有卫星的环绕速度都必须小于7.9km/s。所以第一宇宙速度是：,3.2宇宙速度,3.2宇宙速度,分析:,当卫星在地面附近绕地球运行，轨道半径r即为地球半径R地,在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的卫星近地卫星。,讨论：当卫星运行的速度大于7.9km/s，卫星还能绕地球做圆周运动？,3.2宇宙速度,2.第二宇宙速度（脱离速度）,意义：物体刚好能克服地球的引力作用，离开地球而绕太阳运动的速度。,注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。,大小：v2=11.2km/s,意义：物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外的速度。,注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。,3.2宇宙速度,2.第三宇宙速度（逃逸速度）,大小：v3=16.7km/s,4、梦想成真-世界航天,4、梦想成真-中国航天,4、梦想成真,我国发射的人造卫星类型,4、梦想成真-同步卫星,地球同步卫星：与地球自转同步,相对于地面静止的人造卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。,4、梦想成真,地球卫星轨道,4、梦想成真-同步卫星,4、梦想成真-同步卫星,（2）所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上.,地球同步卫星特点：,（1）线速度、角速度、周期（T=24h）、轨道半径都是唯一确定的.,4、梦想成真-同步卫星,同步卫星离地面高度为h，地球半径为R地，,三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道,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。,4、梦想成真,地球卫星轨道,同步卫星,近地卫星,月球,近地卫星、同步卫星、月球三者比较,h0R=6.4x106mT=24h,同步卫星,近地卫星,近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较,赤道上的物体,4、梦想成真-中国航天,伴随着“神舟五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程,神五发射,卫星发射的轨迹,三、人造地球卫星的变轨,向高轨道变轨,v2v1,v4v3,v1v4,v2v1v4v3,卫星的变轨,A,B,已知小圆半径为R,周期为T,大圆半径为r,你能求出卫星从A运动到B的时间吗？,试比较下列各处速度和加速度的大小,a1=a2a3=a4,尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史