人造卫星宇宙速度PPT.ppt
1970年年4月月24日日这是一首中国人熟悉的乐曲这是一首中国人熟悉的乐曲嫦嫦娥娥奔奔月月 敦煌飞天的壁画敦煌飞天的壁画万户飞天万户飞天 神话：千里眼神话：千里眼 顺风耳顺风耳讨讨 论：论：地面上的地面上的物体，怎样才物体，怎样才能发射上太空能发射上太空呢？呢？牛顿的手稿牛顿的手稿 一、牛顿的设想一、牛顿的设想-发射人造卫星原理发射人造卫星原理 1、牛顿对发射人造卫星的构想：、牛顿对发射人造卫星的构想：从高山上用不同的水从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一平速度抛出物体，速度一次比一次次比一次大大，落点也就一，落点也就一次比一次离山脚次比一次离山脚远远。如果。如果没有空气阻力，没有空气阻力，当速度足当速度足够大时，物体就永远不会够大时，物体就永远不会落到地面上来落到地面上来，它将绕地，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运球旋转成为一颗绕地球运动的动的人造地球卫星人造地球卫星。牛顿人造地球卫星的设想图牛顿人造地球卫星的设想图v平抛平抛洲际洲际导弹导弹人造人造卫星卫星增大增大 在地球上抛出的物体，当它在地球上抛出的物体，当它的速度的速度足够大足够大时，物体就永远时，物体就永远不会落回不会落回地面上，它将围地球地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星旋转，成为一颗人造地球卫星简称简称人造地球卫星人造地球卫星。（简称：人造卫星）（简称：人造卫星）二、人造地球卫星二、人造地球卫星想一想想一想:物体初物体初速度达到多速度达到多大时就可以大时就可以成为一颗人成为一颗人造卫星呢造卫星呢?2.2.人造卫星绕地球运行的动力学原因人造卫星绕地球运行的动力学原因 人造卫星绕地球运人造卫星绕地球运行时，做行时，做匀速圆周运动匀速圆周运动，人造卫星需要人造卫星需要向心力向心力由由万有引力万有引力提供。提供。rRvF引引 设地球和卫星设地球和卫星的质量分别为的质量分别为M和和m,卫星到地心的卫星到地心的距离为距离为r,求：卫星运动的求：卫星运动的线线速度速度，角速度角速度，周周期期?3.13.1人造卫星的运行速度人造卫星的运行速度 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，轨道半径为道半径为r，万有引力提供向心力万有引力提供向心力，则：，则：3.13.1人造卫星的运行速度人造卫星的运行速度 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、向心加速度向心加速度越小越小、周期周期越长。越长。线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？3.2 3.2 宇宙速度宇宙速度讨论讨论:高轨道上高轨道上运行的卫星运行的卫星速度速度小小，是，是否越否越容易容易发发射呢？射呢？这取决这取决于卫星的发于卫星的发射速度，而射速度，而不是运行速不是运行速度。度。要使卫星在离地面要使卫星在离地面更远的轨道更远的轨道上运上运行，则需要更（行，则需要更（）的）的发射速度发射速度，来，来到新轨道上的到新轨道上的运行速度运行速度变变（）。大大小小1.第一宇宙速度第一宇宙速度 地球半径R地地=6400km，地球质量M=5.981024kg 近地卫星的环绕速度近地卫星的环绕速度（在轨道上的运（在轨道上的运行速度）行速度）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.要发射一颗要发射一颗轨道半径轨道半径大于大于地球半径地球半径的人造卫星，发的人造卫星，发射速度必须射速度必须大于大于7.9km/s。但所有卫星的环绕速度都必。但所有卫星的环绕速度都必须须小于小于7.9km/s。所以。所以第一宇宙速度第一宇宙速度是：是：3.2 3.2 宇宙速度宇宙速度3.2 3.2 宇宙速度宇宙速度分析分析:当卫星在当卫星在地面附近地面附近绕地球运绕地球运行，轨道半径行，轨道半径r即为地球半径即为地球半径R地地,在地面在地面附近附近环绕地球作匀速圆环绕地球作匀速圆周运动的卫星周运动的卫星近地卫星。近地卫星。讨论：讨论：当卫星运行的速度当卫星运行的速度大于大于7.9km/s，卫星还能绕地球做圆周运动？卫星还能绕地球做圆周运动？3.2 3.2 宇宙速度宇宙速度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：物体刚好能克服地物体刚好能克服地球的引力作用，离开地球球的引力作用，离开地球而而绕太阳运动绕太阳运动的速度。的速度。注意：注意：发射速度发射速度大于大于7.9km/s，而，而小于小于11.2km/s，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；等于或大于等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱时，卫星就会脱离地球的引力，离地球的引力，不再绕地球运行不再绕地球运行。大小：大小：v2=11.2km/s意义：意义：物体刚好能物体刚好能摆脱太摆脱太阳引力的束缚阳引力的束缚而飞到太阳而飞到太阳系以外的速度。系以外的速度。注意：注意：发射速度大于发射速度大于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，成为一运动，成为一颗颗人造行星人造行星。如果发射速度。如果发射速度大于或等于大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。到太阳系以外的空间。3.2 3.2 宇宙速度宇宙速度2.第三宇宙速度第三宇宙速度（逃逸速度）逃逸速度）大小：大小：v3=16.7km/s4 4、梦想成真、梦想成真-世界航天世界航天 4 4、梦想成真、梦想成真-中国航天中国航天 4 4、梦想成真、梦想成真 我国发射的人造卫星类型我国发射的人造卫星类型4 4、梦想成真、梦想成真-同步卫星同步卫星地球同步卫星：地球同步卫星：与地球与地球自转同自转同步步,相对于地面静相对于地面静止的人造卫星叫地止的人造卫星叫地球同步卫星，又叫球同步卫星，又叫通讯卫星。通讯卫星。，（，（2）所有的同）所有的同步卫星只能分布在赤道平面上步卫星只能分布在赤道平面上.特点：特点：4 4、梦想成真、梦想成真地球卫星轨道地球卫星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4 4、梦想成真、梦想成真-同步卫星同步卫星4 4、梦想成真、梦想成真-同步卫星同步卫星（2）所有的同步卫）所有的同步卫星只能分布在赤道上星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上方的一个确定轨道上.地球同步卫星特点：地球同步卫星特点：（1）线速度、角速线速度、角速度、周期度、周期（T=24h）、轨道半径都是唯一、轨道半径都是唯一确定的确定的.4 4、梦想成真、梦想成真-同步卫星同步卫星同步卫星离地面高度为h，地球半径为R地，三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道 大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有通讯卫星只能有120120颗。可见空间位置也是一种资源。颗。可见空间位置也是一种资源。4 4、梦想成真、梦想成真地球卫星轨道地球卫星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h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球近地卫星、近地卫星、同步卫星、同步卫星、月球三者比较月球三者比较h0R=6.4x106mT=24hh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较赤道上的物体赤道上的物体4 4、梦想成真、梦想成真-中国航天中国航天 伴随着“神舟五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程神五发射神五发射卫星卫星发射发射的轨迹的轨迹三、人造地球卫星的变轨三、人造地球卫星的变轨向向高高轨轨道道变变轨轨v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v3卫星的变轨卫星的变轨A AB B已知小圆半径为已知小圆半径为R,R,周期周期为为T,T,大圆半径为大圆半径为r,r,你能你能求出卫星从求出卫星从A A运动到运动到B B的的时间吗？时间吗？试比较下列各处速度和加速度的大小试比较下列各处速度和加速度的大小a1=a2 a3=a4 尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕 宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？明在哪里？4 4、梦想成真、梦想成真 爱因斯坦曾经说过：爱因斯坦曾经说过：“一个人最完一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。
