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1、宇宙航行,推导卫星绕行星线速度、角速度、周期与半径的关系?,r v w T a 与卫星质量无关 “一定全定”,行星,不同高度的卫星,抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？,问题：,牛顿人造卫星原理图,牛顿的设想过程,法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.891024kg, 地球半径R=6400km),（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）,一 宇宙速度,1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7
2、.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具 备的速度,说明： （）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；,（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；,（3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点,、第二宇宙速度（脱离速度）,这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它绕太阳作椭圆运动，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点,v2=11.2 km/s,3、第三宇宙速度（逃逸速度）,这是卫
3、星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了,v3=16.7 km/s,（一）、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同的概念,（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道发射速度不能小于第一宇宙速度,（2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度,注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度,探究问题二：,（1）如图所示，a、b、c三
4、轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？,卫星的轨道,其他轨道,极地轨道,赤道轨道,二、同步卫星,1、定义：如果人造卫星在赤道上空自西向东转动周期与地球自转周期相同，卫星相对于地面静止，即和地球自转同步，叫同步卫星。,课堂练习：,已知地球的半径是6400km，地球自转的周期24h，地球的质量5.891024kg，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2 ，若要发射一颗地球同步卫星，试求： （1）地球同步卫星的离地面高度h （2）地球同步卫星的环绕速度v,(1)、距地面的高度h,(2)、线速率v,(r
5、=h+R),同步卫星,4、特点： （1）定点在赤道上空 （2）周期与地球自转周期相同 （3）距离地面的高度高度一定（约距地面36000km） （5）线速度大小 （约为3.1km/s）,（二）、宇宙速度（1）,半径越大，环绕速度越小。,讨论1： 质量为 m 的人造卫星，绕质量为 M 的地球作半径为 r 的,匀速圆周运动，卫星的线速度有 V 与轨道半径r之间有何关系呢？,宇宙速度（2）,高轨道,低轨道,讨论2：向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？,第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？,探究问题三：,提示： 同步卫星速度：V=3.1km/s v1=7.9km/s,课堂练习：,线速度、角速
6、度、周期、向心加速度与半径的关系：,思考：对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越 （2）离地面越高，线速度越 （3）离地面越高，周期越 （4）离地面越高，角速度越 （5）离地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？,课堂练习:,卫星的最小周期,航天史： 1、1957年10月4日世界上第一颗人造卫星在苏联发射成功。 2、1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。飞船绕地球飞行一圈，历时108分，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。 3、1969年7月16时32分，阿波罗11号飞船在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉
7、开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日10时56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过十小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。” 4、1992年中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日9时，我国神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。,四、梦想成真,5、2005年10月12日17日，神舟六号载人飞船经过115小时32分的太空飞行，在完成我们真正意义上有人参与的空间科学实验后返航顺利着陆，航天员费俊龙、聂海胜安全返回。 6、我
8、国探月计划 2004年2007年 为“绕”的阶段，主要目标是发射“嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期1年的全球性、整体性和综合性探测。 2007年2012年 为“落”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月球巡视探测。 2012年2017年 为“回”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆并采样返回。 只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月。,小 结,1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度 2、人造地球卫星 3、同步卫星 定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一定。T=24h h=36000km v=3.1km/s,
