人造卫星和宇宙速度

“东方红一号”侦察卫星“风云一号”气象卫星科学探测卫星人造卫星和宇宙速度牛顿人造地球卫星的设想图v平抛洲际导弹人造卫星增大发射一颗卫星最小的速度是多少？万有引力提供向心力一、应用：发射卫星1.定义：人造地球卫星(近地卫星)在地面附近（因为h«R）绕地球做匀速圆周运动的速度。2.推导：地球质量地球半径地球半径地面处重力加速度第一宇宙速度Rrh轨道半径1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/sv>7.9km/s这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最小发射速度，也是最大的环绕速度，做第一宇宙速度。卫星在不同轨道的环绕速度r越大，v越小最大的环绕速度，也叫第一宇宙速度R结论：第一宇宙速度只由中心天体的质量和半径决定，与卫星无关。若有一天人类登上了火星，那么在火星表面发射人造卫星的最小发射速度又是多少呢？

思考1：发射一颗地球卫星绕地球转一圈用时最短是多少？思考2：v=T2πRT近

=V2πRTmin≈85分钟,T卫>85分钟

1、设地球的质量不变,而地球半径增加为原来的2倍,那么从地球发射的第一宇宙速度的大小应为原来的(

)

A.倍B.倍C.倍D.2倍B地球质量地球半径由问题与思考

要使卫星在离地面更远的轨道上运行，则需要更（）的发射速度，来到新轨道上的运行速度变（）。

大小1、第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、匀速圆周运动）

11.2km/s>v>7.9km/s

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/s2、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力，成为绕太阳运动的人造行星。V3=16.7km/s3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/sM发射速度环绕速度注意区分发射速度和环绕速度2、关于宇宙速度，下列说法正确的（）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度A二、卫星的运行(圆周轨道)

万有引力=向心力重力近似=万有引力基本方程辅助方程ABCv1=7.9km/sVAVBVCaAaBaCTATBTC轨道半径增大时加速度、线速度、角速度均减小，周期变长水星--金星--地球--火星---木星---土星---天王星----海王星人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A.半径越大，速率越大，周期越小B.半径越大，速率越小，周期越大C.所有卫星的角速度相同，与半径无关D.所有卫星的速率均相同，与半径无关3、B4、火星有两颗卫星分别是火卫一和火卫二它们的轨道近似为圆.已知火卫一的周期为7小时39分.火卫二的周期为30小时18分则两颗卫星相比（）A.火卫一距火星表面较近B.火卫二的角速度较大C.火卫一的运动速度较大D.火卫二的向心加速度较大AC

5、(双选，2011年汕头质检)如图3－2－3所示，T代表“天宫一号”飞行器，S代表“神舟八号”飞船，它们都绕地球做匀速圆周运动，其轨道如图中所示，则(）A图3－2－3A.T的周期大于S的周期B.T的线速度大于S的线速度C.T的向心加速度大于S的向心加速度三、两种最常见的卫星（一）近地卫星轨道半径近似地可认为等于地球半径，速率v=7.9km/s，周期T=85min。在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大，周期最短。神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为345km，线速度约7.6km/s，周期约90min。

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。思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？（二）、地球同步卫星F向=F引F向F引F引①定平面③定周期②定位置（二）、地球同步卫星④定轨道代入数据解得：V=3.08km/s⑤定速度试中M、R分别为地球的质量和半径，h为卫星离地面的高度（二）、地球同步卫星①定平面：轨道平面一定在赤道平面内②定位置：在赤道正上方相对地面静止③定周期：运动周期等于地球自转的周期

T＝24h=86400s④定轨道：轨道离地高度h=36000km⑤定速度：线速度大小v=3.08km/s人造卫星的轨道注意：卫星的轨道平面必须通过地心极地卫星一般轨道卫星通讯卫星（同步卫星）赤道卫星三颗同步卫星反射信号可以覆盖全球

大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是一种资源。h≈0R=6.4x106mT=24hh=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=85分钟同步卫星近地卫星（三）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6．通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是[]A、所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内B、所有的地球同步卫星的质量都相等C、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的角速度都相等D、所有的地球同步卫星离地心的距离都相等ACD6关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的ACD7、若A是赤道上随地球自转的物体、B是赤道上空的近地卫星、C是地球同步卫星，它们的运动都可视为匀速圆周运动，以下是对A、B、C三个物体的运动中的物理量的大小关系的判断，其中正确的是()A．三者周期的大小关系为TA>TB>TCB．三者向心加速度的大小关系为aA>aB>aCC．三者角速度的大小关系为ωA<ωC<ωBD．三者线速度的大小关系为vA<vC<vB

D人造卫星的应用科学探测卫星技术实验卫星快速侦测卫星人造卫星的应用资源卫星通信卫星

四、人造卫星的应用和轨道各种各样的卫星……西昌卫星发射中心

酒泉卫星发射基地

太原卫星发射中心

人造卫星的轨道注意：卫星的轨道平面必须通过地心同步通讯卫星极地卫星一般轨道卫星赤道卫星倾斜轨道赤道轨道极地轨道同步轨道轨道位置：以下那些轨道是可能的？ ①与赤道共面轨道 ②通过两极点上空轨道 ③与赤道成某一角度的圆轨道 ④与某一纬度重合的轨道 ⑤与某一经度重合的轨道①②③重力=万有引力=向心力神五发射卫星发射的轨迹五、人造地球卫星变轨专题二、人造卫星的超重和失重一.卫星的变轨问题：变轨过程在各点的（1）速率v大小关系（2）加速度a大小关系问题F合="供需"平衡物体做匀速圆周运动复习：

向心力公式的理解F向=从"供""需"两方面研究卫星变轨问题F引=一.卫星的变轨问题：圆周运动向心运动离心运动低轨向高轨高轨向低轨③①②v4v1v2PQv3发射同步卫星时，（1）通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1（2）第一次在P点点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；（3）卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。发射同步卫星v1v2v3v2>v1v4>v3v1>v4v2>v1>v4>v3v2>v3

点火加速：在椭圆轨道上运行:第一次变轨(P点)：第二次变轨（Q点）：

点火加速：在圆轨道上稳定运行：PQv4（1）v1、v2、v3、v4大小关系？1、速率v大小关系2、加速度大小关系呢？v1v2v3PQv4（1）分别以圆轨道、椭圆轨道运行经过P点时加速度大小关系（以v1、v2经过P点时的加速度大小关系）经过P点时，万有引力全部提供向心力，所以以圆轨道、椭圆轨道运行经过P点时加速度一样3、低轨与高轨的互变：PQP点近地点加速椭圆减速Q点远地点圆减速加速圆低轨变高轨：向后喷气、加速，最终v低>v高高轨变低轨：向前喷气、减速，最终v低>v高P12Qv地球3、低轨与高轨的互变：1、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切Q点，轨道2、3相切P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：A．在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．分别在轨道2、3上运行经过P点时的加速度相等BD123pQ2、如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的cD．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大地球acbD3、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是：A.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完成对接D.无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接B甲乙V1v2ω1ω2T1T2a1a2F1F2不确定4、甲乙两颗卫星在不同轨道上绕地球作圆周运动轨道半径分别是R1、R2，且R1＞R2，确定两颗卫星的运转速度v1、v2，角速度ω1、ω2，周期T1、T2，向心加速度a1、a2，向心力F1、F2的大小关系。＜＜＞＜二