3-4人造卫星宇宙速度(教科版).ppt

3-4人造卫星宇宙速度,1957年10月4日，苏联将人类第一颗人造卫星送入环地轨道。,1970年4月24日，中国发射第一颗人造卫星“东方红一号”。,1961年4月12日，苏联宇航员加加林乘“东方-1”号宇宙飞船完成了人类历史上的首次太空飞行。,1969年7月16日，美国宇航员阿姆斯特朗、奥尔德林、科林斯乘“阿波罗11号”飞船第一次登上月球。,2003年10月15日，杨利伟乘“神州5号飞船”飞上太空，成为中国进入太空第一人。,2007年10月24日，中国第一颗月球卫星“嫦娥一号”发射成功。,我国发射的人造卫星类型,影响卫星发射速度的因素极多：,燃料能量,地球自转,发射点纬度,星球自转公转,燃料燃烧消耗质量的变化,星箭分离的影响,天气变化,大气阻力,.,火箭的发射方向,一、卫星的发射,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。,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卫星。,一、卫星的发射,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?,常识：向空中扔一块石头，扔出速度越大，石头上升高度越高，石头离开手后，向上做减速运动。,请问：哪种卫星是最容易发射成功的卫星？,高度最低的卫星，即近地卫星。,近地卫星离地面的高度相比地球半径小得多，可以忽略卫星高度，即忽略卫星从发射到轨道间的减速过程，即发射速度近似等于近地卫星的环绕速度。,卫星做匀速圆周运动的向心力由地球为卫星的万有引力提供。,注意黄金代换的应用,rR,若发射速度大于7.9km/s，则卫星才能围绕地球转动；若发射速度小于7.9km/s，则发射不可能成功，卫星会落回地面。所以：,把v1=7.9km/s叫第一宇宙速度，它是发射卫星的最小发射速度，它等于近地卫星的环绕速度，所以第一宇宙速度又叫环绕速度。,另：该速度的求解方法也可以近似为：,若想把卫星送到更高的轨道，则需要的发射速度就越大。,使卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射需要的最小发射速度叫做第二宇宙速度,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。,大小：v=11.2km/s,第二宇宙速度（脱离速度）,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。,2.第三宇宙速度（逃逸速度）,大小：v3=16.7km/s,1我们在推导第一宇宙速度的公式v时，需要做一些假设和选择一些理论依据，下列必要的假设和理论依据有()A卫星做半径等于2倍地球半径的匀速圆周运动B卫星所受的重力全部作为其所需的向心力C卫星所受的万有引力仅有一部分作为其所需的向心力D卫星的运转周期必须等于地球的自转周期,B,2、某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中已知该星球的半径为R，求这星球上的第一宇宙速度,解：扔出物体下落阶段为自由落体运动：,星球表面卫星所受引力近似等于在星球表面重力，提供向心力：,解得：,D,A,二、卫星的运行,卫星做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，由于万有引力的方向总是指向地心，所以卫星圆周运动的轨道圆心一定在地球球心处。,注意：绝不可能有轨道圆心在地轴上（非地心）的卫星,异步轨道,卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系：,总结：离地面越高的卫星，线速度v越小，角速度越小，周期T越大，向心加速度a向越小，即转得越慢。,由以上结论判断：哪种卫星是运行速度最大的卫星？,近地卫星，其他更高的卫星运行速度更小。,所以：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，是卫星的最大运行速度。,典例、2012年4月30日，西昌卫星发射中心的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8107m。它与另一颗同质量的同步轨道卫星（轨道半径为4.2107m）相比（）A.向心力较小B.速度较大C.发射速度都是第一宇宙速度D.角速度较小,B,两种特殊卫星,1、近地卫星,特点：r=R,环绕平面：以地心为圆心的任意平面,运行速度：,环绕周期：,除近地卫星外，其他地球卫星线速度均小于7.9km/s，周期均大于84min。,2、同步卫星,特点：环绕周期T=24h,定环绕平面：赤道平面上,定轨道半径：,卫星高度：,运行速度：,环绕角速度：与地球自转角速度相同。,地面：,卫星：或,CD,B,ABD,BD,ABD,三、卫星的变轨,是否了解，嫦娥一号是怎样发射到月球表面的？,1、卫星的变轨,思考：在1轨道上经过Q点和2轨道上经过Q点瞬间，卫星的加速度和向心加速度的关系。,BD,思考：为什么2轨道上运行时加速度不等于向心加速度？,2、航天器的追及,思考：“神州九号”如何追上“天宫一号”与其实现交汇对接？,从较高轨道上加速追赶？,从同轨道上加速追赶？,从较低轨道上加速追赶？,例题、神州七号飞船在太空运动过程中，下列说法错误的是（）A、航天员在轨道舱内能利用弹簧拉力器进行体能锻炼B、因为航天员不受重力，所以不能用台秤测量自身体重C、航天员能够在轨道舱内演示牛顿第三定律实验D、悬浮在轨道舱内的水呈圆球状E、航天员出舱后，手中举起的五星红旗迎风飘扬F、从飞船外自由释放的伴飞小卫星与飞船线速度相等G、神州七号与天宫一号对接后，因为质量变大，则连接体绕地球的环绕速度变小,BEG,鉴赏题：已知地球的逃逸速度（第二宇宙速度）为，其中G、ME、RE表示万有引力常量、地球质量、地球半径，已知G=6.6710-11Nm2/kg2，光是c=3108m/s,求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫黑洞，设某黑洞质量等于太阳质量M=21030kg，求它的可能最大半径。（叫schwarzchild半径）（2）早目前天文观察范围内，宇宙的平均密度为=10-27kg/m3，如果我们认为宇宙是这样的一个巨大的均匀球体，其密度使它的逃逸速度大于光在真空中的速