人造卫星 宇宙速

3.4人造卫星宇宙速度现在是1页\一共有71页\编辑于星期六地球太阳恒星行星认识卫星月亮人造卫星卫星现在是2页\一共有71页\编辑于星期六知识回顾：1.万有引力定律的表达式？2.行星运动向心力的来源？3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨迹将如何变化？现在是3页\一共有71页\编辑于星期六嫦娥奔月外国人的飞天梦古人的梦想现在是4页\一共有71页\编辑于星期六

在14世纪中国明代，有一位叫万户的军中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。万户飞天现在是5页\一共有71页\编辑于星期六万户飞天现在是6页\一共有71页\编辑于星期六

地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？300多年前，牛顿提出设想现在是7页\一共有71页\编辑于星期六300年前牛顿的猜想牛顿的手稿思考讨论1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?一、人造卫星的发射原理×现在是8页\一共有71页\编辑于星期六现在是9页\一共有71页\编辑于星期六齐奥尔科夫斯基前苏联发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”中国第一颗人造地球卫星—“宇宙航行之父”现在是10页\一共有71页\编辑于星期六(A)通讯卫星(B)气象卫星（C）地球资源卫星（D）第三颗“北斗”导航卫星现在是11页\一共有71页\编辑于星期六我国发射的人造卫星类型现在是12页\一共有71页\编辑于星期六各种各样的卫星……返回现在是13页\一共有71页\编辑于星期六(A)通讯卫星(B)气象卫星（C）地球资源卫星（D）第三颗“北斗”导航卫星现在是14页\一共有71页\编辑于星期六一、理性的思维过程地球高山从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，当速度足够大时，物体就将永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转成为一颗地球运动的人造地球卫星。现在是15页\一共有71页\编辑于星期六人造卫星的发射过程：1、在实验室组装飞船飞船分为轨道实验仓、返回仓、动力仓三部分现在是16页\一共有71页\编辑于星期六2、将飞船装入运载火箭现在是17页\一共有71页\编辑于星期六3、飞船从总装系统移向发射塔现在是18页\一共有71页\编辑于星期六

4、飞船进入发生勤务塔现在是19页\一共有71页\编辑于星期六5、发射升空现在是20页\一共有71页\编辑于星期六6、飞船飞行过程全解现在是21页\一共有71页\编辑于星期六1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。梦想成真，展望未来现在是22页\一共有71页\编辑于星期六1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空我国的航天成就2003年10月15日神舟五号杨利伟现在是23页\一共有71页\编辑于星期六2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏嫦娥卫星奔月2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功现在是24页\一共有71页\编辑于星期六西昌卫星发射中心现在是25页\一共有71页\编辑于星期六酒泉卫星发射基地现在是26页\一共有71页\编辑于星期六太原卫星发射中心现在是27页\一共有71页\编辑于星期六现在是28页\一共有71页\编辑于星期六风雪中领命出征现在是29页\一共有71页\编辑于星期六现在是30页\一共有71页\编辑于星期六卫星运行规律rMm假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角速度w、周期T分别怎么变化？=∴（1）（4）∴（2）∴（3）∴r越大，有：v越小，a越小，w越小，T越大。理想模型—圆形轨道现在是31页\一共有71页\编辑于星期六现在是32页\一共有71页\编辑于星期六假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。第一宇宙速度理想模型—匀速圆周运动rMm已知：G=6.67×10-11N·m2/kg2,M=5.98×1024kg,RE=6.37×106m。请问：靠近地面运行的人造卫星的飞行速度v是多少？=∴≈7.9km/s解答：RE

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低发射速度，叫做第一宇宙速度。现在是33页\一共有71页\编辑于星期六人造卫星的发射速度与轨迹：现在是34页\一共有71页\编辑于星期六现在是35页\一共有71页\编辑于星期六第一宇宙速度(环绕速度）：第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s卫星环绕地球飞行的最大速度（最大的环绕速度）地球上发射卫星的最小发射速度卫星摆脱地球的引力，不再绕地球飞行卫星摆脱太阳的引力，飞出太阳系宇宙速度7.9km/s现在是36页\一共有71页\编辑于星期六1、已知地表的重力加速度g，地球半径R，地球自转周期T，求同步卫星距地面的高度？

2、同步卫星质量m，离地面高h，地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转角速度ω；则同步卫星受地球的引力为：A、0B、mgR2/(R+h)2C、m3R2gω4D、以上结论都不正确(B、C)现在是37页\一共有71页\编辑于星期六

3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做"宇宙膨胀说"，这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小。根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比:()A、公转半径R较大B、公转周期T较小C、公转速率v较大D、公转角速度ω较小BC现在是38页\一共有71页\编辑于星期六一．卫星的发射V二.卫星的运行现在是39页\一共有71页\编辑于星期六宇宙速度卫星的发射与回收123现在是40页\一共有71页\编辑于星期六发射过程：1停泊轨道2转移轨道3静止轨道一、同步卫星的发射现在是41页\一共有71页\编辑于星期六

人造地球卫星的发射速度与环绕速度之间的大小关系是：现在是42页\一共有71页\编辑于星期六卫星变轨（动画演示）现在是43页\一共有71页\编辑于星期六变轨：速度增加（F引＜F向心离心运动）半径增大（F引为阻力）速度减小新轨道r新＞r;V新＜V速度减小（F引＞F向心向心运动）半径减小（F引为动力）速度增大新轨道r新＜r;V新＞V

能量分析：飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力，轨道高度会逐渐降低，由于阻力很小，轨道高度的变化很慢，卫星运行的每一圈仍可认为是匀速圆周运动。现在是44页\一共有71页\编辑于星期六1、发射和回收阶段发射加速上升超重回收减速下降超重2、沿圆轨道正常运行只受重力a=g完全失重与重力有关的现象全部消失天平弹簧秤测重力液体压强计现在是45页\一共有71页\编辑于星期六

1、如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经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圆轨道3，轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点。则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，下列说法中正确的是（

）AB321.A、卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上的周期B、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率C、卫星在轨道2上运行时，经过A点时的速率大于经过B点时的速率D、卫星在轨道2上运行时，经过A点的加速度大于经过B点时的加速度A、C、D现在是46页\一共有71页\编辑于星期六现在是47页\一共有71页\编辑于星期六通讯卫星高度相同在赤道上方三颗同步卫星可以覆盖全球现在是48页\一共有71页\编辑于星期六

1、什么是地球同步卫星？

所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T＝２４ｈ2、地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h？

所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上同步卫星现在是49页\一共有71页\编辑于星期六同步卫星的必须在赤道上空F向=F引F向F引F引同步卫星的个数: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。现在是50页\一共有71页\编辑于星期六同步卫星的高度:

h为固定值（h=35786Km）同步卫星速度:现在是51页\一共有71页\编辑于星期六h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较现在是52页\一共有71页\编辑于星期六近地卫星运行的周期公式Rh地球卫星运转的最小周期：Tmin=84.5分现在是53页\一共有71页\编辑于星期六1234思考讨论4:以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?v1>v2=v3>v4T1<T2=T3<T4ω1>ω2=ω3>ω4现在是54页\一共有71页\编辑于星期六例题：设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？

人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力就是向心力。可以看出:

卫星离地心越远，它运行的速度越慢。现在是55页\一共有71页\编辑于星期六

人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道的半径的关系1、轨道半径越大，线速度越小。2、轨道半径越大，角速度越小。3、轨道半径越大，周期越长。现在是56页\一共有71页\编辑于星期六1、宇宙速度（发射速度）第一宇宙速度——环绕速度人造卫星最小的发射速度;最大的环绕速度;人造卫星最短的周期:84分钟

第二宇宙速度——脱离速度v2=11.2km/s第三宇宙速度——逃逸速度v3=16.7km/s2、同步卫星定周期、定速：T＝24h；v=3.1km/s定位：轨道平面与赤道平面共面定高：离地面高3.6×104km约为5.6R地（离地心6.6R地）卫星的运转方向必须是由西向东。

现在是57页\一共有71页\编辑于星期六3、黑洞（黑洞的M很大，R很小）接近“黑洞”的所有物质即使速度等于光速也被“黑洞”吸入任何物体都不能脱离它的束缚，甚至连光也不能射出现在是58页\一共有71页\编辑于星期六卫星追赶问题1、两星相距最远的条件：2、两星相距最近的条件：现在是59页\一共有71页\编辑于星期六提示：同学们算算，近地卫星的周期又是多少呢？思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？不能！！现在是60页\一共有71页\编辑于星期六

1、宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（）A．从较低轨道上加速B．从较高轨道上加速C．从空间站同一高度轨道上加速D．无论从什么轨道上加速都可以A现在是61页\一共有71页\编辑于星期六

2、利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量A、已知地球的半径R和地面的重力加速度B、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期TC、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度vD、已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T答案：ABCD现在是62页\一共有71页\编辑于星期六3、若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是（）A.卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大B.卫星的轨道半径越大，它的运行速度越小C.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小BD现在是63页\一共有71页\编辑于星期六4、A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h，已知地球半径为R，地球自转角速度ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。（1）求卫星B的运动周期（2）如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近（O、B、A在同一直线上）则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？OBAhR现在是64页\一共有71页\编辑于星期六解:（1）由万有引力定律和向心力公式得

联立①②得（2）由题意得(ωB-ω0)t=2π④由③得代入④得现在是65页\一共有71页\编辑于星期六5、在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ。则（）A.该卫星的发射速度必定大于11.2km/sB.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/sC.在轨道Ⅰ上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D.卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道ⅡPQⅠⅡ地CD现在是66页\一共有71页\编辑于星期六6、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率（）A.一定等于7.9km/sB.等于或小于7.9km/sC.一定大于7.9km/sD.介于7.9km/s~11.2km/s之间B现在是67页\一共有71页\编辑于星期六7、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