6-5宇宙航行(完美版)

§6.5 宇宙航行
各种各样的卫星……
§6.5 宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
2017年3月28日星期二
1、牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
§6.5 宇宙航行
2、人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因
人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星 作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。 3、人造卫星的运行规律 设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v 、 角速度ω 、周期T、向心加速度a与轨道半径 r 的关系
2
v
减小
§6.5 宇宙航行
1、如图所示，发射同步卫星时，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；最后再次点火将其送入同步圆 轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2 、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ） A、在轨道3上的速率大 BD 于1上的速率 3 2 B、在轨道3上的角速度 1 小于1上的角速度 · P C、在轨道2上经过Q点时 Q 的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率 D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上 经过P点时的加速度
GM
2 ２ π M m (4)由 G 2 =m( ) r r T
得：Ｔ＝
可见：卫星运动情况.5 宇宙航行
人造地球卫星的运动规律
v1>v2=v3>v4
T1<T2=T3<T4
1
3 2
ω1>ω2=ω3>ω4
4
练习：对于绕地球运动的人造卫星： §6.5 宇宙航行
万有引力相同
·
1、卫星在二轨道相切点
2、卫星在椭圆轨道运行
速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，动能大 远地点---速度小，动能小
§6.5 宇宙航行
卫星变轨原理
mv2 Mm 使卫星加速到v 2 , 使 G 2 R R
卫星在圆轨 道运行速度 V1
2
R
1
F引
θ＞900
2
V2
mv1 Mm G 2 R R
2017年3月28日星期二
六、人造卫星的超重和失重
§6.5 宇宙航行
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
超重
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
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天平 弹簧秤测重力
液体压强计
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七、卫星变轨
§6.5 宇宙航行
卫星变轨原理
)
B A.
R13 3 R2
v1 v2
B.
R2 R1
C.
2 R2 R12
R2 D. R 1
§6.5 宇宙航行
近地面的卫星的速度是多少呢？
11 2 2
已知：G 6.67 10 N m / kg 24 6 M 5.89 10 kg R 6.37 10 m
v1
GM R

6.6710115.891024 6.37106
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期
r T 2 GM 地
3
(6.37 10 ) 2 3.14 s 11 24 6.67 10 5.98 10
6 3
5.06 10 s 84.3min
3
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
2017年3月28日星期二
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
解：
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s
地球
V1=7.9km/s
→人造行星
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
2017年3月28日星期二
概念辨析 发射速度和运行速度
V
m
A
F引
Mm F引 G 2 r
v2 F向 m r
F引＜F向
F引＞F向
F引 F向
M
在A点万有引力相同
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
§6.5 宇宙航行
卫星变轨原理
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在 高轨道上运行，应采取什么措施？ 在低轨道上加速，使其沿椭 圆轨道运行，当行至椭圆轨 道的远点处时再次加速，即 可使其沿高轨道运行。
赤道平面
平面
所有卫星都在以地心为圆 心的轨道上(原因？）
“高轨低速长周期”
§6.5 宇宙航行
人造卫星的轨道
§6.5 宇宙航行
高考链接：2011山东理综第17题
甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫 星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道 均可视为圆轨道。以下判断正确的是( ) AC
A．甲的周期大于乙的周期 B．乙的速度大于第一宇宙速度 C．甲的加速度小于乙的加速度 D．甲在运行时能经过北极的正上方
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所 以 也 叫 通 信 卫 星
§6.5 宇宙航行
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。
2017年3月28日星期二
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
五、人造卫星的轨道
立体
m / s 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 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。
2017年3月28日星期二
二、宇宙速度
§6.5 宇宙航行
1、第一宇宙速度： (环绕速度） 人造卫星
GM v1 7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
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。
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
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。
GM v1 r
r↗ v↘
§6.5 宇宙航行
三、近地卫星
近地卫星是指卫星的轨道半径近 似等于地球半径，其周期约为84分 钟。其向心力由万有引力提供。
小 （1）离地面越高，线速度越——
（2）离地面越高，周期越—— 长 （3）离地面越高，角速度越—— 小 （4）离地面越高，向心加速度越小 —
小 （5）离地面越高，向心力越——
§6.5 宇宙航行
课堂训练
两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上 运行，它们的质量不相等，轨道半径之 比r1:r2=1:4,则它们的 (1)线速度大小之比 v1:v2= 2 : 1 (2)周期之比
第六章 万有引力与航天
§6.5 宇宙航行
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嫦 娥 奔 月
2017年3月28日星期二
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
2017年3月28日星期二
§6.5 宇宙航行
1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星 我国在1970年4月20日发射了 第一颗人造地球卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
§6.5 宇宙航行
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定 ①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内； ②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h） ③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km） ④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
§6.5 宇宙航行
3、同步卫星的应用：主要用于通信
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止 的和地球具有相同周期的卫星，同步卫 星必须位于赤道平面内，且到地面的高 度一定。
r v ω T a “全部固定”
§6.5 宇宙航行
圆轨道在赤道平面，即 在赤道的正上方；周 期与地球自转周期相 同，为24小时；绕行 方向为自西向东。
大家能否计 算出同步卫星 的高度，线速 度呢？
§6.5 宇宙航行
2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将 卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上．在卫星 经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道 Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ. 已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地 球的半径为R．求： （1）近地轨道Ⅰ上的速度大小； （2）远地点B距地面的高度。
GM v r
T1:T2 = 1 : 8
r T 2 GM
3
§6.5 宇宙航行
高考链接：2012山东理综第15题
2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实 施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“ 神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆 轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为V1、V2。则 等于(
(a、V 、ω 、T )
r
§6.5 宇宙航行
记忆口诀：“高轨低速长周 期” 卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：
(1)由 (2)由
(3)由
G M m =ma r2 Mm v2 G 2 =m r r Mm G 2 =mω2r r
得：a＝
GM r2
GM 得：ｖ＝ r
得：ω＝
GM 3 r
4π2r3