五、宇宙航行课件.ppt

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1、双星系统双星系统在天体运动中，将两颗彼此距离较近，且相互绕行的恒星称为在天体运动中，将两颗彼此距离较近，且相互绕行的恒星称为双星，如图所示，已知两恒星质量分别为双星，如图所示，已知两恒星质量分别为M M1 1和和M M2 2，它们之间的，它们之间的距离为距离为L L，求各自运转半径和角速度分别为多少？，求各自运转半径和角速度分别为多少？M M1 1M M2 2五、宇宙航行五、宇宙航行牛顿的思考：将物体水平抛出，速度越大，抛出越远，当速度牛顿的思考：将物体水平抛出，速度越大，抛出越远，当速度大到一定值，物体会落向哪里？大到一定值，物体会落向哪里？牛顿在牛顿在16871687年发表的年发表的自然哲

2、学的数学自然哲学的数学原理原理中描述的人造地球卫星原理图中描述的人造地球卫星原理图一、速度计算一、速度计算1.1.利用拱形桥的圆周知识求解利用拱形桥的圆周知识求解2.2.利用近地卫星知识求解利用近地卫星知识求解一旦给物体的速度大于或等于一旦给物体的速度大于或等于7.9km/s7.9km/s后，物体就再也不能回到后，物体就再也不能回到地球，成为了卫星地球，成为了卫星二、卫星的发射二、卫星的发射1.1.第一宇宙速度第一宇宙速度人造地球卫星最小的发射速度，是绕地球人造地球卫星最小的发射速度，是绕地球做匀速率圆周运动中的最大速度。大小做匀速率圆周运动中的最大速度。大小7.9km/s7.9km/s；第一

3、宇宙；第一宇宙速度也叫速度也叫环绕速度环绕速度。2.2.第二宇宙速度第二宇宙速度使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。大小大小11.2km/s11.2km/s；第二宇宙速度也叫；第二宇宙速度也叫逃逸速度逃逸速度。3.3.第三宇宙速度第三宇宙速度使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。大小大小16.7km/s16.7km/s。所有的卫星中，最容易发射的是近地卫星，因为所需的发射速所有的卫星中，最容易发射的是近地卫星，因为所需的发射速度最小，大小为度最小，大小为7.9km/s7.9km/s思考思考2 2：金星的半径是地球的：

4、金星的半径是地球的0.950.95倍，质量为地球的倍，质量为地球的0.820.82倍，倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？多大？思考思考1 1：能否发射一颗：能否发射一颗8484分钟的卫星？（地球半径分钟的卫星？（地球半径6400Km6400Km）7.97km/s7.97km/s6.376.3710106 6m m发射速度与运行速度发射速度与运行速度发射速度发射速度指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速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度，并且一旦发射后就

5、再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初速度克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道初速度克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度射速度大于第一宇宙速度运行速度运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周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。当卫星运动的线速度。当卫星“贴着贴着”地面运行时，运行速度等于地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度第一宇宙速度人

6、造卫星距地面越高，运行速度越小。由于人造卫星的轨道半人造卫星距地面越高，运行速度越小。由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的运行速度一定小于发射速度径都大于地球半径，所以卫星的运行速度一定小于发射速度人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系三、卫星的轨道三、卫星的轨道极地轨道极地轨道赤道轨道赤道轨道其他轨道其他轨道几何学特征：所有轨道几何学特征：所有轨道平面的圆心在地心平面的圆心在地心两个特殊卫星轨道两个特殊卫星轨道近地卫星：轨道半径约为地球半径的卫星，其发射速度与环近地卫星：轨道半径约为地球半径的卫星，其发射速度与环绕速度相等，大小为绕速

7、度相等，大小为7.9km/s7.9km/s同步卫星：运行时相对地面静止，同步卫星：运行时相对地面静止，T T24h24h；轨道只能位于赤道；轨道只能位于赤道正上方，高度正上方，高度h3.6h3.610104 4kmkm。例如：通讯卫星，。例如：通讯卫星，“风云二号风云二号”思考：思考：能否发射一颗与某一纬度线（非赤道线）共面的卫星；能否发射一颗与某一纬度线（非赤道线）共面的卫星；能否发射一颗与某一经度线所决定的圆是共面的卫星。能否发射一颗与某一经度线所决定的圆是共面的卫星。动力学特征：由万有动力学特征：由万有引力完全提供向心力引力完全提供向心力卫星主要有侦察卫星、通信卫星、卫星主要有侦察卫星、

8、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类。和测地卫星等种类。我国第一颗人造卫星我国第一颗人造卫星“东方红一号东方红一号”梦想成真梦想成真1.19571.1957年年1010月月4 4日，世界上第一颗人造地球卫星在前苏联发射成日，世界上第一颗人造地球卫星在前苏联发射成功，卫星重功，卫星重83.6 kg83.6 kg，每，每96 min96 min绕地球飞行一周。绕地球飞行一周。2.19612.1961年年4 4月月1212日，前苏联空军少校加加林进入东方一号载人飞日，前苏联空军少校加加林进入

9、东方一号载人飞船，每船，每108 min108 min绕地球一周。绕地球一周。3.19693.1969年年7 7月月1616日日9 9时时3232分，阿波罗分，阿波罗1111号飞船升空，号飞船升空，7 7月月2020号人类号人类踏上月球。踏上月球。4.20034.2003年年1010月月1515日，我国神州日，我国神州5 5号载人飞船发射升空，杨利伟成号载人飞船发射升空，杨利伟成为我国飞天第一人。为我国飞天第一人。5.20055.2005年年1010月月1212号，我国神州号，我国神州6 6号载人飞船发射升空，费俊龙、号载人飞船发射升空，费俊龙、聂海胜进入太空。聂海胜进入太空。思考：地球同步卫

10、星离地心距离为思考：地球同步卫星离地心距离为r r，环绕速度大小为，环绕速度大小为1 1，加，加速度大小为速度大小为a a1 1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为小为a a2 2，第一宇宙速度为，第一宇宙速度为2 2，地球半径为，地球半径为R R，则下列关系式正，则下列关系式正确的是确的是 ()ADAD四、卫星的变轨四、卫星的变轨2.2.同轨道追及：后卫星先同轨道追及：后卫星先减速，轨道半径减小，卫减速，轨道半径减小，卫星速度增大，然后再加速，星速度增大，然后再加速，轨道半径增大。轨道半径增大。211.1.卫星加速，轨道半径增大，卫星加速，

11、轨道半径增大，环绕速度比原来速度小；卫环绕速度比原来速度小；卫星减速，轨道半径减小，环星减速，轨道半径减小，环绕速度比原来速度大。绕速度比原来速度大。思考思考1 1：如右图所示，：如右图所示，a a、b b、c c是在地球大气层外圆形轨道上是在地球大气层外圆形轨道上运动的运动的3 3颗卫星，下列说法正确的是颗卫星，下列说法正确的是 ()A.bA.b、c c的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于a a的线的线速度速度B.bB.b、c c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a a的向心加速度的向心加速度C.cC.c加速可追上同一轨道上的加速可追上同一轨道上的b b，b

12、 b减速可减速可等候同一轨道上的等候同一轨道上的c cD.aD.a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大其线速度将增大D D思考思考2 2：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1 1，然后经点火，使其沿椭圆轨道然后经点火，使其沿椭圆轨道2 2运行，最后再次点火，将卫星送运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道入同步圆轨道3 3。轨道。轨道1 1、2 2相切于相切于Q Q点，轨道点，轨道2 2、3 3相切于相切于P P点，如点，如图所示，则当卫星分别在图所示，则当卫星分别在1 1、2 2、3 3轨道上正常运行时，以下说法轨道上正常运行时，以下说法正确的是（正确的是（）A.A.卫星在轨道卫星在轨道3 3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1 1上的速率上的速率 B.B.卫星在轨道卫星在轨道3 3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1 1上的角速度上的角速度 C.C.卫星在轨道卫星在轨道1 1上经过上经过Q Q点时的加速度大于它在轨道点时的加速度大于它在轨道2 2上经过上经过Q Q点点时的加速度时的加速度 D.D.卫星在轨道卫星在轨道2 2上经过上经过P P点时的加速度等于它在轨道点时的加速度等于它在轨道3 3上经过上经过P P点点时的加速度时的加速度BDBD