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1、宇宙航行,高一物理组 王多峰,1、科学卫星,2、技术实验卫星,3.应用卫星,前置学习：,1.万有引力定律的表达式？ 2.行星运动向心力的来源？ 3.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？,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
2、/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，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太
3、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，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了,v3=16.7 km/s,探究问题二：,（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,（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？,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
4、的离地面高度h （2）地球同步卫星的环绕速度v,结论： 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周运动。,同步卫星的必须在赤道上空,同步卫星的个数 大约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120颗。可见，空间位置也 是一种资源。,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
5、，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,（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？,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？,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=9.67102m/s v1=7.9km/s,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:,小结：,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:,二、三种宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s,