第五节宇宙航行2

1、5 5人造卫星 宇宙航行牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落回地面,而围绕地球运动,成为人造地球卫星。1. 牛顿的猜想:1. 牛顿的猜想:2. 卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道椭圆轨道，也可以是圆周轨道圆周轨道。椭圆轨道椭圆轨道：地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵从开普勒定律。太阳太阳行星行星a赤道卫星赤道卫星极地卫星极地卫星其他卫星其他卫星圆周轨道圆周轨道：因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆周轨道的地心必

2、定是卫星圆周轨道的圆心圆心。2. 卫星的轨道探究问题一：探究问题一： 如如图所示，图所示，A、B、C、D四条四条轨道轨道 中中不能不能作为卫星轨道的是哪一条？作为卫星轨道的是哪一条？12343. 人造卫星的运行规律将将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星你能推出卫星环绕速度环绕速度v、角速度、角速度w、周期、周期T、向心加速、向心加速度度an与与轨道轨道半径半径r的的关系吗？关系吗？22323222()2nnvGMmvrrGMmrMmrGrrmrTTGMGMmaarr越大（高），越大（高），v越小越小r越大，越大，w越小越小r越大，越

3、大，T越大越大r越大，越大，an越小越小由以上分析可以得出：r与v、w、T、an是一一对应的关系即轨道r确定，卫星的数据(v、w、T、an)也随之确定，与卫星的质量m无关对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，）离地面越高，向心力向心力越越 （2 2）离地面越高，）离地面越高，线速度线速度越越（3 3）离地面越高，）离地面越高，周期周期越越（4 4）离地面越高，）离地面越高，角速度角速度越越（5 5）离地面越高，）离地面越高，向心加速度向心加速度越越小小大大小小小小小小12343. 人造卫星的运行规律提问：提问：1.1.卫星卫星2 2和卫星和卫星3 3有相撞的

4、可能吗有相撞的可能吗？为什么？为什么？ 2. 2.几几号卫星的环绕速度最大？为什么？号卫星的环绕速度最大？为什么？相对相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫星叫地球同步卫星地球同步卫星，又叫，又叫通讯卫星通讯卫星。请同学们思考一下。请同学们思考一下地球同步卫星的特点有哪些？地球同步卫星的特点有哪些？1.同步卫星同步卫星的运行方向与地球自转方向一的运行方向与地球自转方向一致致2.同步卫星同步卫星的运转周期与地球自转周期的运转周期与地球自转周期相相同，即同，即T=24h3.同步卫星同步卫星的运行角速度等于地球自转的的运行角速度等于地球自转的角速度角速度

5、4.同步卫星同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方。即所有的同步卫星都在赤道的正上方。（不可能定点在我国某地上空，为什（不可能定点在我国某地上空，为什么？么？ ） 1. 1. 第一宇宙速度第一宇宙速度若已知，地球的若已知，地球的质量质量M=5.981024kg, 半径半径R=6400km，引力常，引力常量量G=6.6710-11Nm2/kg2物体在地球表面附物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线近做匀速圆周运动的线速度的大小？速度的大小？若若已知已知，地球地球表 面表 面 重 力 加 速 度重 力 加 速 度g=9.8m/s2, 地球的半径地

6、球的半径R=6400km.物体在地球表面附物体在地球表面附近做匀速圆周运动的近做匀速圆周运动的线线速度的大小？速度的大小？1. 1. 第一宇宙速度第一宇宙速度1.意义：卫星意义：卫星在地面在地面附近附近环绕地球作匀速圆周运动环绕地球作匀速圆周运动所所必须必须具有的速度具有的速度第一宇宙速度第一宇宙速度（也称作（也称作环绕速度环绕速度） 3.最小最小发射速度发射速度 最大最大环绕速度环绕速度（半径最小时）半径最小时）2.要要发射一发射一颗人造卫星，颗人造卫星，发射发射速度速度必须必须大于大于7.9km/s 人造卫星在地球表面做圆周运动的周期人造卫星在地球表面做圆周运动的周期1. 1. 第一宇宙速

7、度第一宇宙速度地GMrT326 31124(6.37 10 ) 2 3.146.67 105.89 10 s 3 5.07 1084.5mins我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？的卫星呢？2. 2. 第二宇宙速度第二宇宙速度 大小：大小：v=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体刚意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫的离开地球而绕太阳运动。也叫脱离速度脱离速度。发射速度发射速度v： 7.9km/s v 11.2km/s，卫星绕地球运动，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是的轨迹不是圆，而是

8、椭圆椭圆；v11.2km/s时，卫星就会脱时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行离地球的引力，不再绕地球运行。3. 3. 第三宇宙速度第三宇宙速度 大小：大小：v=16.7km/s意义：以这个速度发射，物意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度逃逸速度。发射速度发射速度v： 11.2km/s v 16.7km/s，卫星绕太阳作，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗椭圆运动，成为一颗人造行星；人造行星；v 16.7km/s，卫星将，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以

9、外的空间。对于其他的星球以上三个宇宙速度是否对于其他的星球以上三个宇宙速度是否变化呢？变化呢？变化，不同星球的宇宙速度一般变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的是不一样的例如：地球的第一宇宙速度是例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s 金星的第一宇宙速度是金星的第一宇宙速度是7.3km/s三、三、梦想成真梦想成真 1957年年10月，原月，原苏联苏联发射第一颗人造发射第一颗人造地球卫星地球卫星世界航天世界航天 几年几年之后，之后，1961年年4月月12日苏联空军少校日苏联空军少校加加林进入了东方一加加林进入了东方一号载人飞船。实现了号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。人类第一次进入太空。他

10、的非凡勇气，鼓舞他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业了更多人为航天事业奋斗。奋斗。三、三、梦想成真梦想成真 1969年年7月月20日，阿波罗日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。出了一小步，确是人类迈出的一大步。世界航天世界航天三、三、梦想成真梦想成真 航天飞机资料：可重复使用航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员

11、与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。和物资，并滑翔降落于地面。 1984年年4月月12日，第一日，第一架航天飞机哥伦比亚号架航天飞机哥伦比亚号发射成功。发射成功。 19751975年，返回式遥感卫星，年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家收技术的国家。 19701970年，年， “东方东方红红”1号，中国第一颗人号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家能自行发射卫星的国家。三、三、梦想

12、成真梦想成真 中国航天中国航天风云一号风云一号风云二号风云二号中国首颗气象卫星；中国是第三个独立中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。三、三、梦想成真梦想成真 1984年，试验通信卫年，试验通信卫星：星：“东方红东方红”2号，号，标志着中国是世界上标志着中国是世界上第第5个能发射地球静个能发射地球静止轨道卫星的国家。止轨道卫星的国家。通信卫星通信卫星三、三、梦想成真梦想成真 2. 宇宙速度宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度运行的最大速度1. 人造地球卫