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1、卫星原理,卫星特点,同步卫星,探究问题一：,（1）如图所示，a、b、c三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,一.一般人造卫星的知识,1.轨道平面与地轴间的夹角可以是任意的.但该平面一定通过地球球心.,卫星的轨道,赤道轨道 极地轨道 其他轨道,2、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:,线速度、角速度、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,探究问题二：,
2、（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？,（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？,二.同步卫星,1.定义:相对地面静止的,和地球具有相同周期的卫星.。,二.同步卫星,2.同步卫星的轨道分析,同步卫星要定点在赤道上方,分析：若同步卫星位于 赤道平面外的某一点,则地球对它的万有引力F可分为一个绕地球地轴旋转的向心 力F1,和一个使卫星向赤道平面 运动的力F2,使卫星向赤道平面运动。,二.同步卫星,3.计算同步卫星高度,万有引力提供向心力,同步通讯卫星轨道半径：h+R=4.2,二.同步卫星,4.同步卫星的线速度,解：万有引力提供向心力 故 = 由此解出v =,
3、将地球质量 M及 轨道半径r带入,5.几个问题,1）、人造卫星为何向东发射？,2）、至少几颗卫星才能覆盖整个赤道？,为了卫星之间不互相干扰，大约30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。,三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道,三.人造地球卫星中的超重和失重,1.发射过程 2.回收过程 3.进入正常圆轨道,三、人造卫星的超重和失重,1、发射和回收阶段,发射,加速上升,超重,回收,减速下降,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,天平,弹簧秤测重力,液体压强计,注意：无论哪种状态都是视重的变化，其重力不变。,四
4、.卫星变轨,卫星的变轨问题由万有引力与向心力的大小比较判断得出：,F mv2/r,卫星做近心运动,F mv2/r,卫星做离心运动,由于技术上的原因，卫星的发射往往要分几个阶段，经过多次变轨后才能定点于预定的位置。,视频,例 如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点点火加速，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P，远地点为同步轨道上的Q），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点短时间加速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点短时间加速后进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、
5、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来_。,P,Q,解答:根据题意有v2v1,v4v3,而v1、v4是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的线速度，由下式,知v1v4,故结论为v2v1v4v3,卫星沿椭圆轨道由PQ运行 时，由机械能守恒可知，其重 力势能逐渐增大，动能逐渐减小，因此有v2v3,卫星的回收实际上是卫星发射过程的逆过程,1、圆轨道（低） 圆轨道（高） （1）低轨道到高轨道：增大速度变轨， （2）高轨道到低轨道：减小速度变轨，,2、椭圆轨道 圆轨道 （1）远地点处变轨：速度增大进入高轨道。 （2）近地点处变轨：速度减小进入低轨道。,飞船变轨,【例】发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地
6、圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1,2相切于Q点,轨道2,3相切于P点,如图所示,则当卫星分别在1,2,3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是: ( ) A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上 的速率 B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1 上的角速度 C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大 于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D. 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于 它在轨道3上经过P点时的加速度,BD,解：不正确。应为 ,得,请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。,解：由 ，得 或由 ,得,启示：注意把握知识间的内在
7、联系，构建知识网络。,【例】（2004年广东卷）已知万有引力常量G，地球半径R，月球绕地球运动的轨道半径为r，同步卫星距地面的高度h，月球绕地球的运转周期T1，地球的自转周期T2，地球表面的重力加速度g。某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量M的方法：同步卫星绕地球作圆周运动，由 , 得 请判断上面的结果是否正确，并说明理由。如不正确，请给出正确的解法和结果。,再见!,宇宙航行,思考下列问题 1.月球也要受到地球引力的作用，为什么 月亮不会落到地面上来？ 2.什么叫做人造地球卫星？ 3.子弹从枪膛射出，其轨迹如何? 4.物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?,5.若抛出物体
8、的水平初速度足够大，物体将会怎样？,牛顿人造卫星原理图,牛顿和你们的想法一样，曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现。,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=7.9km/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
9、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；,牛顿的设想过程,（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，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，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
10、地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了而成为人造恒星,v3=16.7 km/s,一、宇宙速度,1、第一宇宙速度： (环绕速度）,V1=7.9km/s,地球,11.2km/sv7.9km/s,2、第二宇宙速度： (脱离速度),V2=11.2km/s,V3=16.7km/s,3、第三宇宙速度：（逃逸速度）,人造行星,人造恒星,人造卫星,近地卫星,二、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,（2）环绕速度：是指卫星在进入
11、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,（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？,学生思考：,（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？,向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。,第一宇宙速度是最大环绕速度还是最小的环绕速度？,探究问题三：,能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？,探究问题四：,近地卫星的周期最小,我们不能发射一颗周期为80min的卫星,解1：万有引力提供向心力 故 = 由此解出v =,若已知近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R 代表卫星到地心的距离r，地球半径R=6400km，地球质量M=5.891024kg,把数据代入上式可解得：,v=7.9km/s,两种求第一宇宙速度的方法,解2：在地球表面忽略地球自转的影响，则 = mg 即 mg = 解得：V=,再见！,
