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1、第四节第四节 人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度 北京市密云县第二中学：王凡梅北京市密云县第二中学：王凡梅一分钟航天：航天发展史1609年，伽利略通过天文望远镜第一次年，伽利略通过天文望远镜第一次较为清晰的观察到月球表面是凸凹不平较为清晰的观察到月球表面是凸凹不平的。同时看到土星有光环，木星有三颗的。同时看到土星有光环，木星有三颗卫星。卫星。17世纪涌现出大量太空小说作家。世纪涌现出大量太空小说作家。1783年，第一个载人热气球升空。年，第一个载人热气球升空。1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基，年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基，率先提出了人造卫星的设想。率先提出了人造卫星的设想。-齐奥尔科夫
2、斯基 怎样才能将一个物体发射成为怎样才能将一个物体发射成为地球的卫星？地球的卫星？牛顿关于卫星的设想一、人造卫星一、人造卫星1、人造卫星：在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人人造地球卫星造地球卫星。简称人造卫星人造卫星。牛顿的人造卫星原理图ACDv0E 地球给人造卫星的万有引力提供了它绕地球作匀速圆周运动所需的向心力。一、人造卫星一、人造卫星2、人造卫星的轨道、人造卫星的轨道思考：是否可以发射这样一颗卫星，使思考：是否可以发射这样一颗卫星，使其轨道其轨道（1）与地球表面某一纬度线（非赤道）与地球表面某一纬度线（非赤道）是共面同心圆。是共
3、面同心圆。（2）与地球表面某一经度线所决定的）与地球表面某一经度线所决定的圆是共面同心圆。圆是共面同心圆。一、人造卫星一、人造卫星2、人造卫星的轨道、人造卫星的轨道3、人造卫星运行特点、运动学特点你能试着用你学过的知识得出线速度你能试着用你学过的知识得出线速度v、角速度角速度、周期、周期T的表达式吗？的表达式吗？3、人造卫星运行特点、运动学特点、人造卫星运行特点、运动学特点卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径r的关系？（1）（2）（3）结论：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越结论：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大。小、角速度越小、周期越大。RrmM假设：人造卫星质假设：人
4、造卫星质量为量为m，地球质量，地球质量为为M，人造卫星到，人造卫星到地心的距离为地心的距离为r。请问：靠近地面运行的人造卫星的飞行速请问：靠近地面运行的人造卫星的飞行速度度v是多少？是多少？=7.9km/s解答：解答：已知：已知：G=6.6710-11Nm2/kg2,M=6.01024kg,R=6.4106m。总结总结：近地卫星线速度、角速度最大、周期近地卫星线速度、角速度最大、周期最小。最小。 虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地面的卫星运行速度小，但是向高轨道发射卫星却比向低轨道发射卫星要困难。因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力所消耗的能量就更多。提问：提问： 近地卫星的运行速度
5、最大，是不是卫近地卫星的运行速度最大，是不是卫星距地面越高，越容易发射呢？星距地面越高，越容易发射呢？二、宇宙速度思考：物体需要多大的发思考：物体需要多大的发射速度，才能刚好近地旋射速度，才能刚好近地旋转呢？转呢？1 1、第一宇宙速度第一宇宙速度（1）v1=7.9km/s (环绕速度）环绕速度）（2）意义：它是使人造卫星能环绕地球运意义：它是使人造卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度。行所需的最小发射速度。 （3）如果卫星速度等于环绕速度，卫星刚）如果卫星速度等于环绕速度，卫星刚好能在地球表面做匀速圆周运动。好能在地球表面做匀速圆周运动。 2 2、第二宇宙速度第二宇宙速度： v= 11.2km
6、/s（脱离速度）（脱离速度） 使飞行器能够挣脱地球的引力束缚，成为使飞行器能够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。记忆规律：11.2-7.9=3.316.711.2=5.53、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，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。了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫我们把这个速度叫第三宇宙速度。第三宇宙速度。(逃逸速度）逃逸速度）三、同步卫星 同步卫星是指运行周期与地球自转周同步卫星是指运行周期与地球自转周期相等的
7、地球卫星。它与地球相对静止，期相等的地球卫星。它与地球相对静止，这里所说的这里所说的“静止静止”是相对地球静止。是相对地球静止。三同步卫星（1）同步：卫星的角速度（周期）与地球自转的角速度（周期）相等（2）轨道平面：同步卫星的轨道平面在赤道平面上（3）高度h：推导同步卫星的高度同步卫星同步卫星:位于距离地面位于距离地面3.6万公里万公里高空高空三颗同步轨道静止卫星实现全球通信国际规定： 每两颗同步卫星至少要有3间距应用应用(A)(A)通讯卫星通讯卫星(B)(B)气象卫星气象卫星（C C）地球资源卫星）地球资源卫星（D D）第三颗）第三颗“北斗北斗”导航卫星导航卫星阿姆斯特朗：阿姆斯特朗：“我的
8、一小步，人类的一大步我的一小步，人类的一大步”阿波罗登月飞船释放登月舱阿波罗登月飞船释放登月舱登登月月舱舱在在月月球球表表面面软软着着陆陆的的瞬瞬间间 这就是我国这就是我国自行开发研究自行开发研究并实验成功的并实验成功的载人实验飞船载人实验飞船“神州号神州号”。！一、人造卫星：一、人造卫星： 在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转成为卫星。永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转成为卫星。1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）地面附近、匀速圆周运动）二、宇宙速度：二、宇宙速度：2、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不在绕地球运行。时，卫星就会脱离地球的吸引，不在绕地球运行。3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于、第三宇宙速度：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，飞到太阳系以外的宇，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。我们把这个速度叫第三宇宙速度。宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。小小 结结
