第四节 人造卫星 宇宙速度1

1、复习：复习：1.在天体运动中万有引力提供天在天体运动中万有引力提供天体做匀速圆周运动的向心力体做匀速圆周运动的向心力其中其中M为中心天体的质量，为中心天体的质量，G为为万有引力常量，万有引力常量，r为环绕天体的为环绕天体的轨道半径轨道半径rTmrMmG22)2(2.黄金代换公式黄金代换公式2gRGM M：天体质量天体质量R：天体半径天体半径g：天体表面重力加速度天体表面重力加速度探究一探究一 如果我们把这个实验放到珠峰如果我们把这个实验放到珠峰上做，不计一切阻碍，不断增大抛出上做，不计一切阻碍，不断增大抛出速度，会出现哪些情况呢？速度，会出现哪些情况呢？ 如果没有如果没有空气阻力，当空气阻力，

2、当速度足够大速度足够大时，时，物体就不会落物体就不会落地，绕着地球地，绕着地球运动，成为绕运动，成为绕地球运动的地球运动的人人造卫星造卫星. .4 4 人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基19571957前苏联发射的第一颗人造地球前苏联发射的第一颗人造地球卫星卫星 “ “东方红一号东方红一号” 中国第一颗人造地球卫星中国第一颗人造地球卫星“宇宙航行之父宇宙航行之父”一、人造卫星一、人造卫星通讯卫星通讯卫星气象卫星气象卫星东方红一号东方红一号 电子乐发生器是全星的核心部分，它电子乐发生器是全星的核心部分，它通过通过20MHz短波发射系统反复向地面短波发射系统反复向地面播

3、送播送“东方红东方红”乐曲的前八小节。乐曲的前八小节。风云一号风云一号 卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测。、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测。北斗导航试验卫星一号北斗导航试验卫星一号 北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，中国自行研制生产的北斗卫息的区域导航系统，中国自行研制生产的北斗卫星导航定位系统星导航定位系统 注意：人造卫星的圆轨道圆心一定与地心共点注意：人造卫星的圆轨道圆心一定与地心共点.人造卫星的轨道是否能始终与地人造卫星的轨道是否能始

4、终与地球表面上的某一经线所决定的圆球表面上的某一经线所决定的圆是共面同心圆？是共面同心圆？算一算算一算：要使卫星能够环绕地球：要使卫星能够环绕地球飞行，发射速度最小是多大呢？飞行，发射速度最小是多大呢？（提示：以这个发射时，卫星刚好能以这提示：以这个发射时，卫星刚好能以这个速度贴着地面飞行个速度贴着地面飞行）rMmRE方法：万有引力提供卫星做圆周运动的向心力2rGMm=rvm2GMvrERr 7.9km/s算一算算一算：要使卫星能够环绕地球飞行，最小发要使卫星能够环绕地球飞行，最小发射速度是多大呢射速度是多大呢？（提示：以这个发射时，卫星刚提示：以这个发射时，卫星刚好能以这个速度贴着地面飞行好

5、能以这个速度贴着地面飞行，已知，已知=6.67=6.671010- -1111NmNm2 2/kg/kg2 2 , , 地球质量地球质量M=5.9M=5.910102424kg, kg, 地球半径地球半径R=6400kmR=6400km）由由 F F万万=F=F向向得1 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度v v1 1=7.9km/s=7.9km/s二、宇宙速度二、宇宙速度GMvr 注意注意: :1) V1) V = 7.9 km/s= 7.9 km/s是在地球上发射一是在地球上发射一颗卫星的最小颗卫星的最小发射速度发射速度, , 是所有绕是所有绕地运行的卫星在地运行的卫星在圆轨道圆轨道上上稳定运行

6、稳定运行时的最大时的最大运行速度运行速度. . 2) 2) 不同星体不同星体, ,由于质量不同由于质量不同, ,其第一宇宙其第一宇宙速度也不相同速度也不相同. .2GMmr=mgGMvr2GMgr 7.9km/sgr算一算算一算：如果不知道G,M,怎么代换呢？=探究二探究二人造卫星的运行规律人造卫星的运行规律三、人造卫星的运行规律地球rTm2)2(结论结论：r越小越小av越大T越小F F万万=F=F向向探究：试着找出人造卫星半探究：试着找出人造卫星半径径R R与向心加速度、周期、角与向心加速度、周期、角速度和速度的关系速度和速度的关系222rgRrGMa向marMmG2rgRrGMv2323r

7、gRrGM33222rrTGMgR某国家电视报道：该国发射了某国家电视报道：该国发射了一颗周期为一颗周期为80min 80min 的人造地球卫星。的人造地球卫星。请你判断该新闻的正确性请你判断该新闻的正确性22()mrTGMrT324Tmin=84.85minR地=rmin=6400km这是一则虚假新闻想一想想一想：如果卫星发射如果卫星发射速度大于速度大于7.9km/s7.9km/s，卫星将，卫星将怎样运行？怎样运行？ 11.2km/sv7.9km/s11.2km/s16.7km/s宇 宙 速 度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度）（逃逸速度）第二宇宙速度第二宇宙速度（

8、脱离速度）（脱离速度）7.9km/s三个宇宙速度都是卫星进入地面附近轨三个宇宙速度都是卫星进入地面附近轨道的速度故又叫做道的速度故又叫做发射速度发射速度第一宇宙速度第一宇宙速度是卫星的最小发射速是卫星的最小发射速度又是卫星的最大环绕运行速度度又是卫星的最大环绕运行速度地球人造卫星的发射速地球人造卫星的发射速度与度与运行速度之间的大小关系：运行速度之间的大小关系：V发射发射skm/9 . 7V运行运行 p p 11. 2km/sp p 练习：火星的半径为地球半径的一半，火星的质练习：火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的量为地球质量的19问：若要在火星上发射一问：若要在火星上发射一颗

9、人造卫星，那么该卫星环绕火星的第一宇宙速颗人造卫星，那么该卫星环绕火星的第一宇宙速度是多少度是多少?四地球同步卫星四地球同步卫星1、同步卫星的运行周期与、同步卫星的运行周期与地球自转的周期（角速度）相同，地球自转的周期（角速度）相同，相对地面静止相对地面静止 T = 24h = TT = 24h = T自转自转练习练习1：已知地球半径为：已知地球半径为R，地球表面处的重力加，地球表面处的重力加速度为速度为g，地球自转的周期为，地球自转的周期为T，不考虑地球自转，不考虑地球自转，求地球同步卫星距离地面的高度。求地球同步卫星距离地面的高度。练习练习2：已知地球半径约为：已知地球半径约为6400km，月地间距为，月地间距为地球半径的地球半径的60倍，月球绕地球运行的的周期约为倍，月球绕地球运行的的周期约为27天，估算地球同步卫星离地面的高度。天，估算地球同步卫星离地面的高度。2 2、同步通讯卫星的、同步通讯卫星的“五定五定”：定点：赤道正上方某点，相对地面静止定点：赤道正上方某点，相对地面静止定轨道：赤道平面定轨道：赤道平面定高度：定高度：h=3.6h=3.610107 7m m定周期：定周期：T=24hT=24h定速率：定速率：3.1km/s3.