人造卫星、宇宙速度课件

1、人造卫星、宇宙速度“东方红一号东方红一号”侦察卫星侦察卫星 “风云一号风云一号”气象卫星气象卫星 科学探测卫星科学探测卫星 人造卫星、宇宙速度牛顿人造地球卫星的设想图牛顿人造地球卫星的设想图Main Ideav平抛平抛洲际洲际导弹导弹人造人造卫星卫星增大增大人造卫星、宇宙速度1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）卫星做圆周运动的向心力由万卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，万有引力近似等有引力提供，万有引力近似等于重力于重力mgmg，卫星运行半径近似，卫星运行半径近似看作地球半径，根据牛顿第二看作地球半径，根据牛顿第二定律得定律得:mg=GMm/R:mg=GMm/R2 2

2、=mv=mv2 2/R/R616.37 109.87.9km/svgR最小的近地发射速度最小的近地发射速度, ,近地发射时近地发射时速度等于这个速度卫星，刚好能速度等于这个速度卫星，刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动在地球表面附近作匀速圆周运动v1=7.9km/sMain Idea1124266.67 105.98 107.9km/s6.4 10GMvRv7.9km/s人造卫星、宇宙速度 要使卫星在离地面更远的轨道上运要使卫星在离地面更远的轨道上运行，则需要更（行，则需要更（ ）的发射速度，来）的发射速度，来到新轨道上的运行速度变到新轨道上的运行速度变（ ）。 大大小小人造卫星、宇宙速度Mai

3、n Ideav v2 2= 11.2km/s= 11.2km/s、第二宇宙速度、第二宇宙速度11.2km/sv16.7km/s11.2km/svv7.9km/s人造卫星、宇宙速度二、卫星的运行二、卫星的运行( (圆周轨道圆周轨道) )Main Idea 万有引力万有引力 = = 向心力向心力重力近似重力近似 = =万有引力万有引力基本方程基本方程辅助方程辅助方程 2rMmGrvm2marm2 2rMGa 3rMGGMrT32 MvGrA AB BC C高轨道卫星的运行速度较高轨道卫星的运行速度较小小, ,较容易发射，对吗？较容易发射，对吗？v v1 1是最小是最小发射速度发射速度，也是最大也是

4、最大环绕速度环绕速度v v1 1=7.9km/s=7.9km/s22 Tmr 人造卫星、宇宙速度Main Idea神五发射神五发射卫星发射的轨迹卫星发射的轨迹三、人造地球卫星的变轨三、人造地球卫星的变轨人造卫星、宇宙速度人造卫星、宇宙速度Main Ideav1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v3A AB B已知小圆半径为已知小圆半径为R,R,周期周期为为T,T,大圆半径为大圆半径为r,r,你能你能求出卫星从求出卫星从A A运动到运动到B B的的时间吗？时间吗？ 232322ABTrRTR 试比较下列各处速度和加速度的大小试比较下列各处速度和加速度的大小a1 = a2 a3 =

5、a4人造卫星、宇宙速度人造卫星、宇宙速度人造卫星、宇宙速度 宇宙飞船和空间站在同一轨道宇宙飞船和空间站在同一轨道上运行，若飞船想与前面的空间站上运行，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上空间站，可以对接，飞船为了追上空间站，可以采取的方法是采取的方法是( () )A.飞船加速直到追上空间站，完成对接飞船加速直到追上空间站，完成对接B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接追上空间站完成对接C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接完成对接D.无论飞船如何采取何种措施，均不能与空间无论飞船如

6、何采取何种措施，均不能与空间站对接站对接B人造卫星、宇宙速度赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道人造卫星、宇宙速度mgrmrMmG 22 RmmgRMmG202 mgRMmG02 gRrggg22000 人造卫星、宇宙速度NRMmGRmFn 22 RmmgRMmG202 NRMmG 202mgRMmG 0mgN 人造卫星、宇宙速度轨道位置：轨道位置：以下那些轨道是可能的？以下那些轨道是可能的？与赤道共面轨道与赤道共面轨道通过两极点上空轨道通过两极点上空轨道与赤道成某一角度的圆轨道与赤道成某一角度的圆轨道与某一纬度重合的轨道与某一纬度重

7、合的轨道与某一经度重合的轨道与某一经度重合的轨道重力重力= =万有引力万有引力= =向心力向心力22=MmvmgGmrr人造卫星、宇宙速度 地球同步卫星，是相对于地面静止，即与地球地球同步卫星，是相对于地面静止，即与地球自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫星。自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫星。思考：思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？地球同步卫星地球同步卫星F向向= F引引F向向F引F引引人造卫星、宇宙速度地球同步卫星地球同步卫星定平面定平面：轨道平面一定在赤道平面内：轨道平面一定在赤道平面内定位置定位置：在赤道正上方相对地面静止：在赤道正上方相对地

8、面静止定周期定周期：运动周期等于地球自转的周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=86400s定轨道定轨道：轨道离地高度：轨道离地高度h=36000km定速度定速度：线速度大小：线速度大小v=3.08km/srTmrmrvmrMmG222224 人造卫星、宇宙速度 大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有通讯卫星只能有120120颗。可见空间位置也是一种资源。颗。可见空间位置也是一种资源。人造卫星、宇宙速度h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r

9、=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星月球月球近地卫星、近地卫星、同步卫星、同步卫星、月球三者比较月球三者比较人造卫星、宇宙速度h0R=6.4x106mT=24hh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地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赤道上的物体人造卫星、宇宙速度02mgRMmG RmFRMmGN202 022mgRmRMmG mg)hR(m)hR(MmG 22 RmmgRMmG2

10、002 RmmgRMmG2002 人造卫星、宇宙速度 解：若利用解：若利用“第一宇宙速度第一宇宙速度”估算估算 设设“光子光子”的质量为的质量为m m，由于光不能从太阳射出，由于光不能从太阳射出, , 设设“光子光子”恰好绕太阳恰好绕太阳( (黑洞黑洞) )作近地匀速圆周运动作近地匀速圆周运动, ,113028236.67 102.0 10:(3.0 10 ) 1.5 101.5.GMRcmkm解得22G M mm cRR例例: :已知太阳的质量已知太阳的质量M=2.0M=2.010103030kgkg，光的速度，光的速度c=3.0c=3.010108 8m/sm/s，试估算太阳如果演变成了黑

11、洞，试估算太阳如果演变成了黑洞，它的半径将变成多少？它的半径将变成多少？人造卫星、宇宙速度 解：若利用解：若利用“第二宇宙速度第二宇宙速度”估算估算 例例: :已知太阳的质量已知太阳的质量M=2.0M=2.010103030kgkg，光的速度，光的速度c=3.0c=3.010108 8m/sm/s，试估算太阳如果演变成了黑洞，试估算太阳如果演变成了黑洞，它的半径将变成多少？它的半径将变成多少？RGMv22 由由 km.m.cGMR031003100210676222830112 解得：解得：太阳半径：太阳半径：7105 km 人造卫星、宇宙速度设某种原因地球自转的加快，当角速度等于设某种原因地

12、球自转的加快，当角速度等于多少时，赤道上物体的重力为零？多少时，赤道上物体的重力为零？解：万有引力全部提供自转向心力解：万有引力全部提供自转向心力22MmGmrR11243336.67 106 101.2 10/(6.4 106)GMrad sR 人造卫星、宇宙速度 在天体运动中，把两颗相距很近在天体运动中，把两颗相距很近的恒星称为双星，这两颗星必须各自的恒星称为双星，这两颗星必须各自以一定的速率绕某一中心转动才不至以一定的速率绕某一中心转动才不至于由于万有引力而吸在一起。已知两于由于万有引力而吸在一起。已知两恒星的质量分别为恒星的质量分别为M1和和M2两恒星距两恒星距离为离为L L。求：。求：(1)(1)两恒星转动中心的位两恒星转动中心的位置；置；(2)(2)转动的角速度。转动的角速度。L LM M1 1M M2 2r r1 1L-rL-r1 1解：如图，两颗恒星分别以转动中解：如图，两颗恒星分别以转动中心心O作匀速圆周运动，角速度作匀速圆周运动，角速度相相同，设同，设M