《宇宙航行》及同步卫星课件

1、两两条条基基本本思思路路1、万有引力、万有引力等于等于重力重力2RMmGmg GgRM22GMgR黄代 换 ：金2、万有引力、万有引力提供提供向心力向心力22222()向MmvGmammrmrrrT 2324rMG T中国人的飞天梦中国人的飞天梦外国人的外国人的“飞天飞天”梦梦0vABCD让物体做平抛运动初速度逐渐增大让物体做平抛运动初速度逐渐增大O问问题题情情境境通过观看动画回答下列问题：通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体水平初速度逐渐增大平抛物体水平初速度逐渐增大，物体的落地点怎物体的落地点怎样变化样变化？2、若抛出物体的水平初速度足够大若抛出物体的水平初速度足够大, ,物体将会怎样物

2、体将会怎样? ?试大胆猜想。试大胆猜想。 越来越远越来越远物体不再落回地面物体不再落回地面它将绕地球运动成它将绕地球运动成为地球的一颗卫星为地球的一颗卫星一一.宇宙速度宇宙速度牛顿的猜想牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿方法一：由于卫星在地球表面附近环绕，卫星做圆周运动的向心力可看作由重力提供。66.37 109.8m/s 7.9km/svgR2vm gmR问题一：问题一： 设地球的质量为设地球的质量为M M，绕地球做匀速圆周运动，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为的飞行器的质量为m m，飞行器的速度为，飞行器的速度为v v，他到地心的，他到地心的距离为地球半径距离为地球半径R R。求飞行速度。

3、求飞行速度v v。 （若已知地球表面（若已知地球表面重力加速度重力加速度g=9.8m/sg=9.8m/s2 2，R=6400kmR=6400km）方法二：万有引力提供物体作圆周运动的向心力22MmvGmRR112466.67 105.89 10m/s7.9km/s6.37 10GMvR1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度 说明：说明：（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将星将落到地面而不能绕地球运转；落到地面而不能绕地球运转；（）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；

4、 如果速度继续增加，达到或大于如果速度继续增加，达到或大于11.2km/s11.2km/s时，它就会时，它就会克服地球的引力，永远离开地球，成为绕太阳运动的克服地球的引力，永远离开地球，成为绕太阳运动的一颗人造行星。一颗人造行星。如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。 第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度. 第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. （逃逸速度）（逃逸速度） 11.2 km/s V 7.9 km/sV = 16.7 km/sV = 11.2 km/sV = 7.9km/s绕地球运动的轨迹

5、就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （不同天体有各自的第一宇宙速度。如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星将落回地面。） 探究二：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系吗？123422323222()2nnvGMmvrrGMmrMmrGrrmrTTGMGMmaarr越大（高），v越小r越大， 越小r越大，T越大r越大，an越小思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是最小速度？r最小，是最大环绕速度。注意：宇宙速度均指发射速度，卫星的环

6、绕速度注意：宇宙速度均指发射速度，卫星的环绕速度一定小于发射速度。一定小于发射速度。思考：第一宇宙速度是发射卫星的最大速度还是最小速度？r最小，是最小发射速度。归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大环绕速度。如图所示，如图所示，A、B、C、D四条轨道中四条轨道中不能不能作为卫星轨作为卫星轨道的是哪一条？道的是哪一条？ 人造地球卫星人造地球卫星答案：D轨道中心轨道中心地心地心_ 提供提供向心力向心力万有引力万有引力所所有卫星都有卫星都在以地在以地心为圆心的心为圆心的圆圆或或椭椭圆圆轨轨道上道上 三类人造地球卫星轨道：三类人造地球卫星轨道：赤道轨道赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星卫星轨道在赤

7、道平面，卫星始终处于赤道上方始终处于赤道上方极地轨道极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空直，卫星通过两极上空一般轨道一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。卫星轨道和赤道成一定角度。 地球同步卫星地球同步卫星 问题：你能否问题：你能否形象的描述它的轨道？形象的描述它的轨道？轨道与赤道重合轨道与赤道重合卫星位于赤道的正上卫星位于赤道的正上方的方的某一高度某一高度三、卫星变轨三、卫星变轨卫星变轨原理卫星变轨原理VF引F引引F向向MmA点速度点速度内小外大内小外大（在（在A点看轨迹）点看轨迹）在在A点万有引力点万有引力相同相同A思考：思考：人造卫星在人造卫星在低

8、轨道上运行低轨道上运行，要想让其在，要想让其在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？在在低轨道上加速低轨道上加速，使其沿，使其沿椭椭圆轨道圆轨道运行，当行至椭圆轨运行，当行至椭圆轨道的道的远点远点处时再次处时再次加速加速，即，即可使其沿可使其沿高轨道运行高轨道运行。卫星变轨原理卫星变轨原理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力万有引力相同相同速度速度内小外大内小外大（切点看轨迹）（切点看轨迹）2 2、卫星在椭圆轨道运行、卫星在椭圆轨道运行近地点近地点-速度速度大大，远地点远地点-速度速度小小，12R卫星在圆轨卫星在圆轨道运行速度道运行速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理如何发射同步卫星？如何发射同步卫星？主要用于通信主要用于通信3 3颗同步卫星可实现全球覆盖颗同步卫星可实现全球覆盖所以也叫所以也叫通信卫星通信卫星1特点： 定周期：T=24h=86400s定点：相对于地面静止。定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空定高度：由222()