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1、2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校李良李良2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【问题问题】抛出的石头会落地，为什么抛出的石头会落地，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？下来必须具备什么条件？2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【问题问题】抛出的石头会落地，为什么抛出的石头会落地，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？下来必须具备什么条件？抛出的速度抛出的速度v越大时，落越大时，落
2、地点越远，速度不断增大，将地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？会出现什么结果？ 牛顿的思考与设想：牛顿的思考与设想：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校牛牛顿顿人人造造卫卫星星原原理理图图地球地球2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物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？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 2010年上学期制作 08湖
3、南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物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？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物以多大的速度抛出
4、这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知已知G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力【探究问题一探究问题一】以多大的速度抛出这个物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？体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(若已知地球表面重力加速度若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)(已知已知
5、G=6.6710-11Nm2/kg2, 地球质量地球质量M=5.891024kg, 地球半径地球半径R=6400km) 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校法二：重力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的向心力2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校法二：重力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的向心力2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校一、宇宙速度一、宇宙速度1. 第一宇宙速度第一宇宙速度 v1=7.9km/s 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速它是人造卫星在地面附近绕地
6、球做匀速 圆周运动所必须具备的速度圆周运动所必须具备的速度 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，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；卫星将落到地面而不能绕地球运转； 说说 明：明：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，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；卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；面附近作匀速圆周运动； 说说 明
7、：明：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，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；卫星将落到地面而不能绕地球运转；(2)等于这个速度，卫星刚好能在地球表等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；面附近作匀速圆周运动；(3)如果大于如果大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为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椭圆轨道的一个焦点 说说 明：明：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v2=11.2
8、km/s2. 第二宇宙速度第二宇宙速度 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v2=11.2 km/s2. 第二宇宙速度（脱离速度）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绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v2=11.2 km/s2. 第二宇宙速度第二宇宙速度 这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为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如果人
9、造天体的速度大于11.2km/s而而小于小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太，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阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点个焦点2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校3. 第三宇宙速度第三宇宙速度2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v3=16.7km/s3. 第三宇宙速度第三宇宙速度2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v3=16.7km/s3. 第三宇宙速度第三宇宙速度这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度发射速度
10、 2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校v3=16.7km/s3. 第三宇宙速度第三宇宙速度这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度发射速度如果人造天体具有这样的速度，就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可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了太阳系外了2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？abc2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长
11、郡卫星远程学校【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作提示：卫星作圆周运动的向心力圆周运动的向心力必须指向地心必须指向地心abc2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【探究问题二探究问题二】(1)如图所示，如图所示，a、b、c三轨道中可以作三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？为卫星轨道的是哪一条？提示：卫星作提示：卫星作圆周运动的向心力圆周运动的向心力必须指向地心必须指向地心(2)这三条轨道中哪一条轨道中的卫星这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？可能
12、和地球自转同步？abc2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校已知地球的半径已知地球的半径是是6400km，地球自转，地球自转的周期的周期24h，地球质量，地球质量5.891024kg, 引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求：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地球同步卫星的环绕速度v.练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校已知地球的半径已知地球的半径是是6400km，地球自转，地球自转的周期的周
13、期24h，地球质量，地球质量5.891024kg, 引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要发射一颗地球同步卫星，试求：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地球同步卫星的环绕速度v.练习：练习：结论：结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。周运动。2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 二、人造卫星的发射速度和运行速度二、人造卫星的发射速度和运行
14、速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 二、人造卫星的发射速度和运行速度二、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发射速度与运行速度是两个不同的概念(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离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，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道2010年上学期制
15、作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 二、人造卫星的发射速度和运行速度二、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发射速度与运行速度是两个不同的概念(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离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，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后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绕
16、地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 二、人造卫星的发射速度和运行速度二、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发射速度与运行速度是两个不同的概念注意注意: 卫星的实际环绕速度一定小于发射速度卫星的实际环绕速度一定小于发射速度.(1)发射速度：发射速度：指被发射物在地面附近离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无能量补
17、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，进入运动轨道服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道(2)环绕速度：环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后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绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴贴着着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？学生思考学生思考2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(1)将卫
18、星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思考学生思考2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校(3)发射速度和卫星绕地旋转的速度是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？星运转速度大又说明什么？(1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？一个更容易？为什么？(2)所需要的发射速度，哪一个更大？所需要的发射
19、速度，哪一个更大？为什么？为什么？学生思考学生思考2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?【探究问题三探究问题三】2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度: v=9.67102m/sv1=3.1km/s【探究问题三探究问题三】2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度
20、?提示：提示：同步卫星速度同步卫星速度: v=9.67102m/sv1=3.1km/s第一宇宙速度是最小的发射速度第一宇宙速度是最小的发射速度, 也也是最大的环绕速度是最大的环绕速度结论结论:【探究问题三探究问题三】2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学
21、校湖南长郡卫星远程学校线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校线速度、角速度、周期、向心加速度线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：与半径的关系：练习：练习：2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离
22、地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度
23、越）离地面越高，向心加速度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校小小小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校小小大大小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心
24、力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校小小大大小小小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速
25、度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校小小大大小小小小小小思考思考对于绕地球运动的人造卫星：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越_（2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越_（3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越_（4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越_（5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越_2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 练习：练习：能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为80min的人的人造地球卫星？造地球卫星？2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、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心力由万有引力提供: :2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校二、三种宇宙速度：二、三种宇宙速度：一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向一、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心力由万有引力提供: :v1=7.9km/s（会推导）（会推导）v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s2010年上学期制作 08湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校播放视频播放视频
