人造卫星宇宙速度

关于人造卫星宇宙速度1970年4月24日这是一首中国人熟悉的乐曲……第2页,共40页，2024年2月25日，星期天嫦娥奔月

敦煌飞天的壁画第3页,共40页，2024年2月25日，星期天万户飞天

神话：千里眼顺风耳第4页,共40页，2024年2月25日，星期天讨论：

地面上的物体，怎样才能发射上太空呢？第5页,共40页，2024年2月25日，星期天牛顿的手稿<自然哲学的数学原理>

一、牛顿的设想---发射人造卫星原理1、牛顿对发射人造卫星的构想：

从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。第6页,共40页，2024年2月25日，星期天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第7页,共40页，2024年2月25日，星期天

在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落回地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称人造地球卫星。（简称：人造卫星）二、人造地球卫星第8页,共40页，2024年2月25日，星期天想一想:

物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?第9页,共40页，2024年2月25日，星期天2.人造卫星绕地球运行的动力学原因

人造卫星绕地球运行时，做匀速圆周运动，人造卫星需要向心力由万有引力提供。

第10页,共40页，2024年2月25日，星期天rRvF引

设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,求：卫星运动的线速度，角速度，周期?3.1人造卫星的运行速度第11页,共40页，2024年2月25日，星期天

已知地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，万有引力提供向心力，则：3.1人造卫星的运行速度第12页,共40页，2024年2月25日，星期天

不同轨道上运行的卫星，轨道半径越大，线速度越小、角速度越小、向心加速度越小、

周期越长。线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？

第13页,共40页，2024年2月25日，星期天

3.2宇宙速度讨论:

高轨道上运行的卫星速度小，是否越容易发射呢？

这取决于卫星的发射速度，而不是运行速度。第14页,共40页，2024年2月25日，星期天问题与思考

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（）。

大小第15页,共40页，2024年2月25日，星期天1.第一宇宙速度

地球半径R地=6400km，地球质量M=5.98×1024kg

近地卫星的环绕速度（在轨道上的运行速度）——第一宇宙速度。最小的发射速度，最大的环绕速度.

要发射一颗轨道半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s

。但所有卫星的环绕速度都必须小于7.9km/s。所以第一宇宙速度是：3.2宇宙速度第16页,共40页，2024年2月25日，星期天3.2宇宙速度分析:

当卫星在地面附近绕地球运行，轨道半径r即为地球半径R地,

在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的卫星——近地卫星。第17页,共40页，2024年2月25日，星期天讨论：

当卫星运行的速度大于7.9km/s

，卫星还能绕地球做圆周运动？第18页,共40页，2024年2月25日，星期天3.2宇宙速度2.第二宇宙速度（脱离速度）

意义：物体刚好能克服地球的引力作用，离开地球而绕太阳运动的速度。

注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。大小：v2=11.2km/s第19页,共40页，2024年2月25日，星期天意义：物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外的速度。

注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3.2宇宙速度2.第三宇宙速度（逃逸速度）大小：v3=16.7km/s第20页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---世界航天

第21页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---中国航天

第22页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真

我国发射的人造卫星类型第23页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---同步卫星地球同步卫星：

与地球自转同步,相对于地面静止的人造卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。

，（2）所有的同步卫星只能分布在赤道平面上.特点：第24页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真地球卫星轨道赤道倾斜轨道同步轨道同步卫星极地轨道气象卫星第25页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---同步卫星第26页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---同步卫星

（2）所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上.地球同步卫星特点：（1）线速度、角速度、周期（T=24h）、轨道半径都是唯一确定的.第27页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---同步卫星同步卫星离地面高度为h，地球半径为R地，第28页,共40页，2024年2月25日，星期天三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道

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。第29页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真地球卫星轨道赤道倾斜轨道同步轨道同步卫星极地轨道气象卫星第30页,共40页，2024年2月25日，星期天第31页,共40页，2024年2月25日，星期天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、月球三者比较第32页,共40页，2024年2月25日，星期天h≈0R=6.4x106mT=24hh=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较赤道上的物体第33页,共40页，2024年2月25日，星期天4、梦想成真---中国航天

伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．第34页,共40页，2024年2月25日，星期天神五发射卫星发射的轨迹三、人造地球卫星的变轨第35页,共40页，2024年2月25日，星期天向高轨道变轨第36页,共40页，2024年2月25日，星期天第37页,共40页，2024年2月25日，星期天v1v2v3v4v2>v1v4>v3v1>v4v2>v1>v4>v3卫星的变轨AB已知小圆半径为R,周期为T,大圆半径为r,你能求出卫星从A运动到B的时间吗？试比较下列各处速度和加速度的大小a1=a2>a3=a4第38页,共40页，2024年2月25日，星期天

尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘