必修2第三章万有引力定律 4.人造卫星 宇宙速度(25张ppt) (2).ppt

1、第三章 万有引力定律,一、牛顿的设想-发射人造卫星原理,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。,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、人造卫星,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，以地心为圆心做匀速圆周运动，人造卫星需要向心力由万有引力提供。,想一想: 物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫

2、星呢?,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?,三、人造卫星的运行速度,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：,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、周期越长。,线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？,赤道平面,南,东,西,北,卫星轨道,A,B,C,D,四、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。,1.第一宇宙速度,地球半径R地=6400km，地球质量M=5.981024kg,近地卫星的环绕速度（在轨道上

3、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：,思考讨论： 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？,对第一宇宙速度的理解:,1.上式对其它天体也适用，R为天体半径, M为天 体质量, g为天体表面的重力加度,G为引力常量.2.v1为发射卫星的最小发射速度,又是卫星进入轨道后最大线速度(也叫运行速度).,人造卫星的发射速度与运行速度,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,并且一旦发射就再也

4、没有补充能 量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力 做功上升一定高度,进入运行轨道.因卫星上升过 程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)消耗动能,所以卫星越高,发射速度越大,2、运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度,根据 可知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小,近 地卫星可认为v发=v运 ,其它较高卫星的v发v运.,故:,第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发射速度和运行速度,是人造卫星的最小发射速度最大运行速度.,如果人造地球卫星从地面发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。,2.第二宇宙速度（脱离速

5、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,达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力,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.第三宇宙速度（逃逸速度）,大小：v3

6、=16.7km/s,中国国家航天计划示意图,五、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。,同步卫星离地面高度为h，地球半径为R地，,w,1、为什么必须在赤道平面上？,因:（1）同步卫星与 地 球自转同步必须自西向东转, （2）万有引力全部提供做向心力,圆心就是地心.,所以:同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.,2、为什么高度一定？,（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.,地球卫星轨道,思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？,图2,1：关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（ ） A 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D 它是卫星在椭圆轨道上运动时的近地点的速度,BC,练习,2、同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（ ）。 A、它可以在地面上任一点的正上方，但