人造卫星宇宙速度课件.ppt
19571957年年1010月月4 4日，苏联将第日，苏联将第一颗人造卫星送入环绕地一颗人造卫星送入环绕地球的轨道，震惊了世界。球的轨道，震惊了世界。此后，数以千计的人造卫此后，数以千计的人造卫星、空间站，被相继发射星、空间站，被相继发射进入轨道，用于通信、导进入轨道，用于通信、导航、收集气象数据和其他航、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究。许多领域内的科学研究。梦想成真梦想成真 梦想成真梦想成真 我国发射的部分人造卫星我国发射的部分人造卫星嫦娥一号探月卫星嫦娥一号探月卫星1970年4月24日2016年年8月月16日，中国发射日，中国发射世界首颗世界首颗“量子卫星量子卫星”4一、人造卫星的运行规律一、人造卫星的运行规律卫星名称卫星名称卫星质量（卫星质量（kg)轨道近地点（轨道近地点（km)轨道远地点（轨道远地点（km)运行周期（运行周期（h)返回型遥感卫星返回型遥感卫星21002053151.48巴达尔巴达尔1502109921.57东方红东方红2号试验通信号试验通信卫星卫星461354693578223.76东方红东方红2号甲号甲通信卫星通信卫星441357863586323.9风云风云1号号A7509009011.7观察数据，讨论交流：类比行星的运动特点分析人造卫星运观察数据，讨论交流：类比行星的运动特点分析人造卫星运行的运动学特点。行的运动学特点。下表是部分卫星的运行规律数据：下表是部分卫星的运行规律数据：卫星运行轨迹是椭圆，有的近似为卫星运行轨迹是椭圆，有的近似为圆；半径越大周期越小。圆；半径越大周期越小。讨论交流：讨论交流：人造卫星的半径不同，运行的周期和人造卫星的半径不同，运行的周期和 速度也不同，请用已学知识进行理论分析速度也不同，请用已学知识进行理论分析 （类比行星运动分析）（类比行星运动分析）1 1、人造卫星绕地球运行的动力学原理、人造卫星绕地球运行的动力学原理1 1、动力学原理：人造卫、动力学原理：人造卫星绕地球运行时，做星绕地球运行时，做匀速匀速圆周运动圆周运动，人造卫星需要，人造卫星需要向心力向心力由由万有引力提供万有引力提供。rRvF引引 设地球和卫星的设地球和卫星的质量分别为质量分别为M和和m,卫卫星到地心的距离为星到地心的距离为r,求：卫星运动的求：卫星运动的线速线速度度，角速度角速度，周期周期?2 2、人造卫星的运行速度、周期、人造卫星的运行速度、周期 已知地球质量为已知地球质量为M，卫星质量为，卫星质量为m，轨道半径为，轨道半径为r，万有引力万有引力万有引力万有引力提供向心力提供向心力提供向心力提供向心力，则：，则：2 2 2 2、人造卫星的运行速度、周期、人造卫星的运行速度、周期、人造卫星的运行速度、周期、人造卫星的运行速度、周期 不同轨道上运行的卫星，轨道半径不同轨道上运行的卫星，轨道半径越大，越大，线速度线速度越小、越小、角速度角速度越小、越小、周期周期越长。越长。思考思考:高轨道上运行高轨道上运行的卫星速度的卫星速度小小，是，是否越否越容易容易发射呢？发射呢？发射高轨道卫星需要更发射高轨道卫星需要更大的发射速度原因是克服大的发射速度原因是克服地球引力做功更多。地球引力做功更多。发射速度是指卫星离开地面是的速度，运行速发射速度是指卫星离开地面是的速度，运行速度是指卫星绕地球做圆周运动的速度。度是指卫星绕地球做圆周运动的速度。在在地球表面地球表面绕地球运行的卫星绕地球运行的卫星 轨道半径轨道半径r即为地球半径即为地球半径R地地,求它的速度求它的速度 （近地卫星）（近地卫星）二、二、宇宙速度宇宙速度（已知地球半径（已知地球半径R地地=6400km，地球质量，地球质量M=5.981024kg）1.第一宇宙速度第一宇宙速度将地球半径将地球半径R地地=6400km，地球质量，地球质量M=5.981024kg代入：代入：这就是近地卫星的环绕速度这就是近地卫星的环绕速度 第一宇宙速度第一宇宙速度。最小的发射速度最小的发射速度 ，最大的环绕速度。，最大的环绕速度。发射最靠近地球的卫星需要的发射速度是最小的。发射最靠近地球的卫星需要的发射速度是最小的。所以所以第一宇宙速度第一宇宙速度是：是：2.第二宇宙速度第二宇宙速度（脱离速度）脱离速度）意义：意义：物体刚好挣脱地球引力的束缚，物体刚好挣脱地球引力的束缚，离开地球而离开地球而绕太阳运动绕太阳运动的发射速度。的发射速度。当发射速度当发射速度大于大于7.9km/s，而，而小于小于11.2km/s时，时，卫星绕地球运动的轨迹卫星绕地球运动的轨迹不是圆不是圆，而，而是椭圆是椭圆；发；发射速度射速度等于或大于等于或大于11.2km/s时，卫星就会挣脱时，卫星就会挣脱地球引力的束缚，地球引力的束缚，不再绕地球运行不再绕地球运行。第二宇宙速度大小：第二宇宙速度大小：v2=11.2km/s意义：意义：物体刚好能物体刚好能挣脱太阳引力的挣脱太阳引力的束缚束缚而飞到太阳系以外的发射速度。而飞到太阳系以外的发射速度。当发射速度大于当发射速度大于11.2km/s，而小于，而小于16.7km/s，卫星卫星绕太阳作椭圆绕太阳作椭圆运动，成为一颗运动，成为一颗人造行星人造行星。如。如果发射速度果发射速度大于或等于大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。2.第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度）逃逸速度）第三宇宙大小：第三宇宙大小：v3=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s11.2km/s16.7km/s宇 宙 速 度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度7.9km/s同步卫星轨道同步卫星轨道rRh地球同步卫星：地球同步卫星：与地球与地球自转同步自转同步,相对于地面静止的相对于地面静止的人造卫星叫人造卫星叫地球同地球同步卫星，步卫星，也叫通讯也叫通讯卫星。卫星。三、同步卫星三、同步卫星地球地球探究问题：探究问题：（1）如图所示，）如图所示，A、B、C三轨道中哪条可以作为人三轨道中哪条可以作为人造卫星的轨道造卫星的轨道?哪条可以作哪条可以作为同步卫星的轨道？为同步卫星的轨道？卫星做圆周运动的向心力由万有卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供引力提供，所以必须指向地心，所以必须指向地心CAB所有的同步卫星只能分布在赤道平面上所有的同步卫星只能分布在赤道平面上.1、同步卫星的轨道、同步卫星的轨道赤道赤道倾斜轨道倾斜轨道同步轨道同步轨道同步卫星同步卫星极地轨道极地轨道气象卫星气象卫星地地球球卫卫星星轨轨道道2、同步卫星的高度、速度：、同步卫星的高度、速度：同步卫星离地面高度为h，地球半径为R地，（地球半径（地球半径R地地=6400km，地球质量，地球质量M=5.981024kg）发射高轨道卫星需要更发射高轨道卫星需要更大的发射速度原因是克服大的发射速度原因是克服地球引力做功更多。地球引力做功更多。3、同步卫星的特点、同步卫星的特点 （2 2）所有的同步卫星只能分布）所有的同步卫星只能分布）所有的同步卫星只能分布）所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上在赤道上方的一个确定轨道上在赤道上方的一个确定轨道上在赤道上方的一个确定轨道上.（1 1）线速度、角速度、周期线速度、角速度、周期线速度、角速度、周期线速度、角速度、周期（T T=24=24h h）、轨道半径都是唯一、轨道半径都是唯一、轨道半径都是唯一、轨道半径都是唯一确定的确定的确定的确定的.大约大约大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，度角左右才能放置一颗卫星，度角左右才能放置一颗卫星，度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有地球的同步通讯卫星只能有地球的同步通讯卫星只能有地球的同步通讯卫星只能有120120颗。颗。颗。颗。可见，空间位置也是一种资源。可见，空间位置也是一种资源。可见，空间位置也是一种资源。可见，空间位置也是一种资源。以第三宇宙发射的探测以第三宇宙发射的探测器：先驱者一号器：先驱者一号23ADAD1 1某同学通过直播得知某同学通过直播得知“神舟神舟”六号在圆轨道上运转一圈的六号在圆轨道上运转一圈的时间小于时间小于2424小时，由此将他与同步卫星进行比较而得出以下小时，由此将他与同步卫星进行比较而得出以下结论，其中正确的是：结论，其中正确的是：A.A.“神舟神舟”六号运行时离地面的高度小于同步卫星的高度六号运行时离地面的高度小于同步卫星的高度B.B.“神舟神舟”六号在圆轨道上的运行速率小于同步卫星的速率六号在圆轨道上的运行速率小于同步卫星的速率C.C.“神舟神舟”六号在圆轨道上的运行角速度小于同步卫星的角六号在圆轨道上的运行角速度小于同步卫星的角 速度速度D.D.“神舟神舟”六号运行的向心加速度大于同步卫星的向心加六号运行的向心加速度大于同步卫星的向心加 速度速度242 2我国发射的我国发射的“亚洲一号亚洲一号”地球同步通信卫星质量为地球同步通信卫星质量为1.24 t1.24 t，在，在某一确的定轨道上运行某一确的定轨道上运行.下列说法中正确的是：下列说法中正确的是：A A地球同步卫星可能在桂平正上方太空地球同步卫星可能在桂平正上方太空 B B它的轨道平面一定与赤道平面重合它的轨道平面一定与赤道平面重合 C C若要发射一颗质量为若要发射一颗质量为2.48 t2.48 t的地球同步通信卫星，则该卫星的地球同步通信卫星，则该卫星的轨道半径将比的轨道半径将比“亚洲一号亚洲一号”卫星轨道半径大卫星轨道半径大 D D要发射一颗质量为要发射一颗质量为2.48 t2.48 t的地球同步卫星，则该卫星的轨道的地球同步卫星，则该卫星的轨道半径将比半径将比“亚洲一号亚洲一号”卫星轨道半径小卫星轨道半径小B B253 3关于第一宇宙速度，下面说法：关于第一宇宙速度，下面说法：它是人造卫星绕地球飞行的最小速度；它是人造卫星绕地球飞行的最小速度；它是发射人造卫星进入近地圆形轨道的最小速度；它是发射人造卫星进入近地圆形轨道的最小速度；它是人造卫星绕地球飞行的最大速度；它是人造卫星绕地球飞行的最大速度；它是发射人造卫星进入圆行轨道的最大速度。它是发射人造卫星进入圆行轨道的最大速度。以上说法中正确的有：以上说法中正确的有：A A B B C C D DB B3.3.宇宙速度宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度v v1 1=7.9km/s=7.9km/s第二宇宙速度第二宇宙速度v v2 2=11.2km/s=11.2km/s第三宇宙速度第三宇宙速度v v3 3=16.7km/s=16.7km/s1.1.卫星的运行规律：卫星的运行规律：2.2.地球同步卫星地球同步卫星 保持在地球赤道正上空、运行周期与地球的自转周期相同的保持在地球赤道正上空、运行周期与地球的自转周期相同的人造地球卫星。人造地球卫星。（周期、高度、线速度、角速度一定）（周期、高度、线速度、角速度一定）
