宇宙航行（谭臻）

5、宇宙航行谭臻一、牛顿的人造卫星原理牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面R设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的卫星的质量m，卫星的速度为v，它到地心的距离为r。建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。人造卫星运动的速度1、卫星离地心越远，它的运行速度就越小。2、向高轨道发射卫星的难度较大，火箭要克服地球对它的引力做更多的功，这就要求其发射速度较大。要使一个物体在地面附近恰能围绕着地球做圆周运动，需要为它提供多大的速度R运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。v环绕v发射二、宇宙速度要使物体恰能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，的速度发射，并以这一速度围绕地球表面做匀速圆周运动。把这一速度称为第一宇宙速度。1、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度（发射速度不能低于它，否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面）第一宇宙速度（环绕速度）2、第一宇宙速度是最大的环绕速度（在环绕地球做匀速圆周运动的所有可能速度中）二、宇宙速度在地面附近发射飞行器，，，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。第二宇宙速度：时，卫星就会挣脱地球的引力束缚，不再绕地球运行，而是飞向太阳系的其它空间中去。我们把这个速度叫第二宇宙速度。第二宇宙速度（脱离速度）第三宇宙速度:，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第三宇宙速度（逃逸速度）概念辨析发射速度和运行速度1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。r↗v↘近地卫星其它卫星①宇宙速度均指发射速度②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。1、人造地球卫星的运行轨道三、人造卫星F引F1F2赤道平面北南东西2、人造卫星的运动规律可见：v、ω、T与r为一一对应关系练习：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？3、人造卫星的超重和失重①发射和回收阶段发射加速上升、加速度向上超重②沿圆轨道正常运行只受万有引力、即重力a向

=g完全失重天平弹簧秤测重力液体压强计回收减速下降、加速度向上超重与重力有关的现象将消失3倍例题：一物体在地球表面重16N，它在以5m／s2的加速度加速上升的火箭中的视重为9N，则此火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍（地球表面g=10m/s2）4、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，它在轨道上做匀速圆周运动，跟地球自转同步，它的周期：T＝24hh练习:求同步卫星离地面高度地球同步卫星的特点:地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h处？1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道上（静止轨道），即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。2、对同步卫星：

其r、h、v、ω、T、g'均为确定值BA先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地的圆轨道上，在卫星经过A点时点火加速（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的A，远地点为同步圆轨道上的B点），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。两次点火过程都使卫星沿切线方向加速，并且点火时间很短。发射同步卫星的一种程序设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在A点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点B时的速率为v3，在B点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来。发射同步卫星的一种程序Bv2v3Av4v1“神六”发射及运行过程可简化为：先由运载火箭将飞船送入椭圆轨道，然后在椭圆轨道的远地点A实施变轨，进入预定圆轨道，飞船变轨前后速度分别为v1、v2，变轨前后的运行周期分别为T1、T2，飞船变轨前后通过A点时的加速度分别为a1、a2，则下列说法正确的是A．T1＜T2，v1＜v2，a1＜a2B．T1＜T2，v1＜v2，a1＝a2C．T1＞T2，v1＞v2，a1＜a2D．T1＞T2，v1＝v2，a1＝a2地球预A定轨道B同步卫星为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27.3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、月球三者比较凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即:重力=万有引力=向心力2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比r1∶r2=3∶1，下列有关数据之比正确的是A、周期之比T1∶T2=3∶1

B、线速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9

D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9例题分析1、人造地球卫星的轨道半径越大，则A、速度越小，周期越小

B、速度越小，加速度越小C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大BCD3、1999年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云1号”气象卫星和“实验5号”科学实验卫星送入离地面870m的轨道，已知地球半径为6400m，这两颗卫星的运动速度约为

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