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1、5.宇宙航行,1.了解人造卫星的有关知识。 2.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。 3.理解卫星的运行速度与轨道半径的关系。 4.了解地球同步卫星运转的规律。,一,二,一、宇宙速度,一,二,一,二,二、梦想成真 1.1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。 2.1969年7月,阿波罗11号飞船登上月球。 3.2003年10月15日,我国航天员杨利伟被送入太空。,一,二,三,四,一、卫星的运行速度、角速度与周期和轨道半径r的关系,一,二,三,四,一,二,三,四,二、对第一宇宙速度的理解 1.第一宇宙速度,是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,是人造地
2、球卫星的最小发射速度。 2.推导地球的第一宇宙速度: 方法1: 说明:(1)从上面的两种推导,导出了第一宇宙速度的表达式,可以看出第一宇宙速度是定值。若要将其值计算出来,要么知道r和M,要么知道r和g,第一宇宙速度之值仅与中心星球有关,与卫星无关。,一,二,三,四,(2)从两个表达式均可看出第一宇宙速度是环绕地球做匀速圆周运动的最大速度,但第一宇宙速度又称为发射人造卫星的最小速度,这又怎样理解呢?这里所说的“发射”是指不使卫星落回地面,三种宇宙速度都可以达到这个要求,但是只有第一宇宙速度才是不使卫星落回地面的最小速度。在环绕运动中虽然距地面越高环绕速度越小,但是向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫
3、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而做更多的功。,一,二,三,四,三、地球同步卫星 地球同步卫星是指在赤道平面内,以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星。同步卫星有以下几个特点:,一,二,三,四,一,二,三,四,温馨提示地球同步卫星是相对于地球静止的,和地球的自转周期相同,故同步卫星距地面高度有确定值,且必须在地球的赤道平面内,即所有的同步卫星有相同的轨道。,一,二,三,四,四、卫星的稳定运行和变轨运动 1.卫星的稳定运行 卫星绕天体在圆轨道上的匀速圆周运动是稳定的运行,此时万有引力提供向心力。在不同的轨道,卫星稳定运行的速度不同。 2.卫星的变轨运动 当卫星由于某
4、种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有引力就不再等于向心力,卫星将做变轨运动。,一,二,三,四,一,二,三,四,3.卫星的发射和回收 如图所示,某卫星在圆轨道1上做圆周运动,某一时刻在a点点火使卫星突然加速,则卫星将做离心运动进入椭圆轨道2,随着卫星离地心越来越远,其速率也不断减小,在远地点b处的速率小于近地点a处的速率,卫星从此时做向心运动,速率逐渐增大,从而绕地球沿椭圆轨道运行。如果在卫星经过远地点b时再次点火使卫星突然加速,则卫星就可以进入更高的圆轨道3运行(地球同步卫星的发射原理与此相同)。同样的道理,选择恰当的时机使圆轨道上运行的卫星突然减速,卫星会做近心运动,
5、就可以达到回收卫星的目的。,一,二,三,四,温馨提示运行速度为人造卫星做匀速圆周运动的环绕速度,其不同于发射速度。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,【例题2】 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星的质量是地球的6倍,半径是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速度约为( ) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s 点拨:此类题要结合第一宇宙速度的计算公式进行对比分析来计算。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,【例题3】 (多选)发射
6、地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,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相切于近地点Q,轨道 2、3相切于远地点P,如图所示。则卫星分别 在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确 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,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,触类旁通在例题3
7、中,卫星在轨道2上运动经过Q点的速度大于还是小于卫星在轨道1上运动经过Q点时的速度?卫星在轨道2上运动经过P点时的速度大于还是小于卫星在轨道3上运动经过P点时的速度? 解析:卫星在轨道1上运行经过Q点时点火加速才能转移到轨道2上,故卫星在轨道2上运行经过Q点的速度大于卫星在轨道1上运行经过Q点时的速度7.9 km/s;同理,卫星在轨道2上运行经过P点时点火加速才能转移到轨道3上,故卫星在轨道2上运行经过P点的速度小于卫星在轨道3上运行经过P点时的速度,而卫星在轨道3上运行时的速度要小于在轨道1上运行时的速度7.9 km/s,因此卫星在轨道2上运行经过P点的速度也小于7.9 km/s。 答案:大
8、于 小于,类型一,类型二,类型三,类型四,【例题4】 (多选)我国数据中继卫星天链一号03星在地球同步轨道上运行。关于在地球同步轨道上运行的天链一号03星,下列说法正确的是( ) A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定,相对地球静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等,类型一,类型二,类型三,类型四,解析:由题意可知,天链一号03星是一颗地球同步卫星,相对地球静止,周期为24 h,因此离地面高度一定,选项B正确;天链一号03星的运行速度要小于近地卫星的运行速度,即小于7.9 km/s,选项A错误;天链一号03星做匀速圆周运动的轨道半径小于月球的轨道半径,故运行的角速度要大于月球的角速度,选项C正确;天链一号03星与地球有相同的角速度,根据a=2r,r越大,向心加速度越大,故天链一号03星的向心加速度要比静止在赤道上物体的向心加速度大,选项D错误。 答案:BC 题后反思本题综合考查了同步卫星的运动、圆周运动等知识,需要对卫星的运动、圆周运动中物理量之间的关系熟练掌握和有清晰的认识。,