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1、3.4 3.4 人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度第三章第三章 万有引力定律万有引力定律知识回顾知识回顾：1.1.万有引力定律的表达式？万有引力定律的表达式？2.2.行星运动向心力的来源？行星运动向心力的来源？3.3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？迹将如何变化？嫦娥奔月嫦娥奔月外国人的飞天梦外国人的飞天梦古人的梦想古人的梦想 在在14世纪中国明代，有一位叫世纪中国明代，有一位叫万户万户的军的军中工匠，制造了一把中工匠，制造了一把“飞天椅飞天椅”，并在椅子后，并在椅子后面捆绑了面捆绑了47支支“飞龙飞龙”火箭，试图乘坐它上
2、天火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，点燃火箭，“飞龙飞龙”火箭把座椅推向半空，随火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸，风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。失败。 万户是世界上第一个利用火箭向太空万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为此他被世界公认为“真正的航天
3、始祖真正的航天始祖”，为了，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为上的一座环形火山命名为“万户山万户山”。 万万户户飞飞天天万户飞天万户飞天地球地球太阳太阳恒星恒星行星行星认识卫星认识卫星月亮月亮人造卫星人造卫星卫星卫星人造卫星人造卫星1957年年10月月，前前苏苏联联发发射射了了世世界界上上第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星，从从此此，开开创创了了人人类类航航天天时时代代的的新新纪纪元元我我国国在在1970年年4月月20日日发发射射了了第第一一颗颗人人造造地地球球卫卫星星，现现在在已已成成为为世世界界上上第第五五个个依依靠靠自
4、自己己力力量量研研制制成成火火箭箭发发射射卫卫星星、第第三三个个掌掌握握卫卫星星回回收收技技术术、第第四四个个用用一一枚枚火火箭箭发发射射多多颗颗卫卫星星的的国国家家卫卫星星主主要要有有侦侦察察卫卫星星、通通信信卫卫星星、导导航航卫卫星星、气气象象卫卫星星、地地球球资资源源勘勘测测卫卫星星、科科学学研研究究卫卫星星、预警卫星和测地卫星等种类预警卫星和测地卫星等种类300年前牛顿的猜想年前牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿思考讨论思考讨论1:1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢人造卫星呢?齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基前苏联发射的第一颗人造地球卫星前苏联发
5、射的第一颗人造地球卫星“东方红一号东方红一号”中国第一颗人造地球卫星中国第一颗人造地球卫星“宇宙航行之父宇宙航行之父”各种各样的卫星返回一、理性的思维过程一、理性的思维过程地球地球高山高山从高山上用不同的从高山上用不同的水平速度抛出物体，水平速度抛出物体，速度一次比一次大，速度一次比一次大，落地点就一次比一落地点就一次比一次远，当速度足够次远，当速度足够大时，物体就将永大时，物体就将永远不会落到地面上，远不会落到地面上，它将围绕地球旋转它将围绕地球旋转成为一颗地球运动成为一颗地球运动的人造地球卫星。的人造地球卫星。人人造造卫卫星星的的发发射射过过程程：1 1、在实验、在实验室组装飞船室组装飞船
6、 飞船飞船分为轨道实分为轨道实验仓、返回验仓、返回仓、动力仓仓、动力仓三部分三部分2、将飞船装入运载火箭、将飞船装入运载火箭3、飞船从总装、飞船从总装系统移向发射塔系统移向发射塔 4、飞船进入、飞船进入发生勤务塔发生勤务塔5、发射升空、发射升空神六的发射神六的发射视频视频19571957年年1010月月4 4日，苏联发射日，苏联发射第一颗人造地球卫星第一颗人造地球卫星。19611961年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号加加林乘坐东方一号载人飞载人飞船进入太空船进入太空，实现了人类进，实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。19691969年年7 7月月2020
7、日，阿波罗日，阿波罗1111号号将人类送上了月球将人类送上了月球。梦想成真，展望未来梦想成真，展望未来19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 我国的航天成就我国的航天成就20032003年年1010月月1515日日神舟五号杨利伟神舟五号杨利伟嫦娥工程 2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发
8、射，也已圆满并超额完成各项既定任务。 2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。截止2016年4月北斗卫星发射完成60%西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心 风雪中领命出征风雪中领命出征四川科技馆南极南极北极北极极地卫星极地卫星南极南极北极北极一、卫星的轨道一、卫星的轨道赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道卫星的轨道卫星的轨道卫星轨道特点：卫星轨道特点
9、： 所有卫星的轨道都必须以地心为轨道圆心或焦点。温馨提示：请做笔记！轨道位置：轨道位置：以下那些轨道是可能的？以下那些轨道是可能的？与赤道共面轨道与赤道共面轨道通过两极点上空轨道通过两极点上空轨道与赤道成某一角度的圆轨道与赤道成某一角度的圆轨道重力重力= =万有引力万有引力= =向心力向心力卫星运行规律卫星运行规律rMm假设：假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。讨论：讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角速度w、周期T分别怎么变化？= （1）（4） （2） （3） r越大，有：v越小，a越小，w越小，T越大。理想模型理想模型圆形轨
10、道圆形轨道 对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的此时的r r近似等于地球半径近似等于地球半径R R，把，把r r用地球半径用地球半径R R代入，代入，可以求出可以求出 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的圆周运的最大环绕速度最大环绕速度，叫做，叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度。.第一宇宙速度（环绕速度）二、二、 宇宙速度宇宙速度人造卫星的发射速度与运行速度人造卫星的发射速度与运行速度 1 1、发射速度发射速度是指被发射物在地面附近离开发射是指被发射物在地面附近离开发射 装置时的速度装置时的速度,
11、 ,并且一旦发射就再也没有补充能并且一旦发射就再也没有补充能量量, ,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力 做功上升一定高度做功上升一定高度, ,进入运行轨道进入运行轨道. .因卫星上升过因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力程中要克服引力和空气阻力( (在大气层中时在大气层中时) )做功做功消耗动能消耗动能, ,所以卫星越高所以卫星越高, ,发射速度越大发射速度越大2 2、运行速度运行速度( (环绕速度环绕速度) )是指卫星在进入轨道后是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度绕地球做匀速圆周运动的线速度, ,根据根据 可可知知, ,卫星越高轨道半
12、径越大卫星越高轨道半径越大, ,卫星运行速度卫星运行速度( (环绕速环绕速度度) )就越小就越小, ,近地卫星可认为近地卫星可认为v v发发=v=v运运 , ,其它较高卫其它较高卫星的星的v v发发v v运运. .rV发V环故: 第一宇宙速度v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度，近地卫星的最大环绕速度.温馨提示：请做笔记！ 如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，它绕地球运动的轨，它绕地球运动的轨迹是迹是椭圆椭圆。 当物体的速度当物体的速度(发射速度发射速度)大于或
13、等于大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。2.第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度）卫星挣脱地球束缚的最小发射速度卫星挣脱地球束缚的最小发射速度达到达到第二宇宙速度第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力的物体还受到太阳的引力 如果物体的如果物体的(发射速度发射速度)速度等于或大于速度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞，物体就摆脱了太阳引
14、力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。叫第三宇宙速度。3.第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度）卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度三个宇宙速度三个宇宙速度V=16.7km/s V1=7.9km/s1、第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀地面附近、匀速圆周运动）速圆周运动）地球11.2km/sv7.9km/sV2=11.2km/s2、第二宇宙速度、第二宇宙速度：当物体：当物体的速度大于或等于的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸时，卫星就会脱离地球的
15、吸引，不再绕地球运行。我们引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。太阳的引力。V3=16.7km/s3、第三宇宙速度、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度第三宇宙速度。赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道同步卫星图片三、地球同步卫星三、地球同步卫星（P
16、54发展空间）发展空间）定平面定平面：轨道平面一定在赤道平面内：轨道平面一定在赤道平面内定位置定位置：在赤道正上方相对地面静止：在赤道正上方相对地面静止定周期定周期：运动周期等于地球自转的周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=86400s定轨道定轨道：轨道离地高度：轨道离地高度h=36000km定速度定速度：线速度大小：线速度大小v=3.08km/s概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步, , , ,相对于地相对于地相对于地相对于地面静止的人造卫星面静止的人造卫星面静
17、止的人造卫星面静止的人造卫星. . . .温馨提示：请做笔记！1、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星2、大约大约3 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度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120120颗。可见颗。可见空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。 想一想:哪一个是同步卫星？通讯卫星高度相同高度相同在赤道上方在赤道上方三颗同步卫星三颗同步卫星可以覆盖全球可以覆盖全球h0R=6.4x106mT=24hh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh0r=
18、6.4106mv=7.9km/sTmin=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较赤道上的物体赤道上的物体h=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天月球月球500千米以下的航天器,计算时轨道半径可近似取地球半径温馨提示：请做笔记！ 1 1、已知地表的重力加速度、已知地表的重力加速度g g，地球半径，地球半径R R ，地球自转周期，地球自转周期T T，求同步卫星距地面的高度，求同步卫星距地面的高度？2 2、同步卫星质量、同步卫星质量m m，离地面高，离地面高h h，地球半径，地球
19、半径R R，地球表面的重力加速度，地球表面的重力加速度g g，地球自转角速度地球自转角速度；则同步卫星受地球的引力为：；则同步卫星受地球的引力为：A A、0 0 B B、mgRmgR2 2/(R+h)/(R+h)2 2C C、m m 3 3 R R2 2gg4 4D D、以上结论都不正确、以上结论都不正确(B(B、C)C) 3 3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做学说叫做 宇宙膨胀说宇宙膨胀说 ，这种学说认为万有引，这种学说认为万有引力常量力常量G G在缓慢地减小。根据这一理论，在很久在缓慢地减小。根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情
20、况与现在相很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比比:( ):( ) A A、公转半径、公转半径R R 较大较大 B B、公转周期、公转周期T T 较小较小 C C、公转速率、公转速率v v 较大较大 D D、公转角速度、公转角速度较小较小BCBC梦想的力量梦想的力量当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活成功，会在不期然间忽然降临！成功，会在不期然间忽然降临！1、聪明出于勤奋，天才在于积累、聪明出于勤奋，天才在于积累。2、三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。勤学早，白首方悔读书迟。3、鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。4、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学如磨刀之石，不见其损，日有所亏。如磨刀之石，不见其损，日有所亏。
