人造衛(wèi)星和宇宙速度.ppt

人造衛(wèi)星 宇宙速度,1、科學(xué)衛(wèi)星,2、技術(shù)實驗衛(wèi)星,3.應(yīng)用衛(wèi)星,前置學(xué)習(xí)：,1.萬有引力定律的表達(dá)式？ 2.行星運動向心力的來源？ 3.小球從同一高度做平拋運動，隨初速度的增大，軌 跡將如何變化？,拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？,問題：,牛頓人造衛(wèi)星原理圖,牛頓的設(shè)想過程,方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力,探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？(已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質(zhì)量M=5.891024kg, 地球半徑R=6400km),方法二：粗略計算時認(rèn)為物體靜置時重力的大小等于萬有引力,一 宇宙速度,1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s 它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度,說明： （）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn)；,（）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動； ( 3 ）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點,發(fā)射一顆繞地球做圓周運動的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球4倍,它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？,例1,解:萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力根據(jù)牛頓第二定律有,設(shè)第一宇宙速度為 ,衛(wèi)星的軌道速度為,整理得,練習(xí),A星球的第一宇宙速度為9km/s，已知B星球的質(zhì)量是它質(zhì)量的1/81，A星球半徑是B星球半徑的4倍，則在B星球上發(fā)射“近地衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為 km/s,解:,2,、第二宇宙速度（脫離速度）,這是衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度 如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點,v2=11.2 km/s,3、第三宇宙速度（逃逸速度）,這是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度 如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了,v3=16.7 km/s,同步衛(wèi)星,探究問題二：,（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛(wèi)星軌道的是哪一條？,提示：衛(wèi)星作圓周運動的向心力必須指向地心,（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛(wèi)星可能和地球自轉(zhuǎn)同步？,課堂練習(xí)：,已知地球的半徑是6400km，地球自轉(zhuǎn)的周期24h，地球的質(zhì)量5.891024kg，引力常量=6.6710-11Nm2/kg2 ，若要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，試求： （1）地球同步衛(wèi)星的離地面高度h （2）地球同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度v,結(jié)論： 地球同步衛(wèi)星必須發(fā)射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。,同步衛(wèi)星的必須在赤道上空,同步衛(wèi)星的個數(shù) 大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同 步通訊衛(wèi)星只能有120顆。可見，空間位置也 是一種資源。,二、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運行速度,發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念,（1）發(fā)射速度：指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補充，被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運動軌道,（2）環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度,注意：衛(wèi)星的實際環(huán)繞速度一定小于發(fā)射速度,練習(xí),2、人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其速率 （ ）,A.一定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/s C.一定大于7.9km/s D.介于7.9 km/s11.2km/s之間,B,（3）發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速度大又說明什么？,思考：,（1）將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？,（2）所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？,第一宇宙速度是最大速度還是最小的速度？,探究問題三：,提示： 同步衛(wèi)星速度：V=9.67102m/s v1=7.9km/s,思考：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星： （1）離地面越高，向心力越 （2）離地面越高，線速度越 （3）離地面越高，周期越 （4）離地面越高，角速度越 （5）離地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？,課堂練習(xí):,小結(jié)：,一、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:,二、三種宇宙速度： v1=7.9km/s（會推導(dǎo)） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s,