教科版（2019） 必修 第二册 第三章 万有引力定律高一物理人造卫星-宇宙速度-(共26张PPT)

(共26张PPT)
人造卫星 宇宙速度
一、人造卫星
1．卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体．
2．人造卫星用于通信、导航、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究．
地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？
300多年前，牛顿提出设想
由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力 就是向心力。
设地球质量为M地，半径为r。人造地球卫星在近地圆轨道上运行，质量为m卫，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？
约去两边的
对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径R地，把r用地球半径R地代入，可以求出：
这就是使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，叫做第一宇宙速度(又称最大环绕速度)。
近地面的卫星的速度
1.发射速度：从地球表面发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时卫星的速度.
注意：因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力（在大气层中时），故卫星越高，发射速度就越大.
2.环绕速度：环绕地球表面运行的速度.
卫星运行(圆周轨道)的物理量
万有引力 = 向心力
重力近似 =万有引力
基本方程
辅助方程
A
B
C
高轨道卫星的运行速度较小,较容易发射，对吗？
v1是最小发射速度，
也是最大环绕速度
v1=7.9km/s
近地卫星的周期
我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？
V1=7.9km/s
地球
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
M
发射速度
环绕速度
1、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速
圆周运动）
V1=7.9km/s
地球
11.2km/s>v>7.9km/s
2、第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度(或脱离速度)。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度（或逃逸速度）。
同步卫星
这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫地球同步卫星。
疑问：为什么北
京的上空没有地球同
步卫星？
地球同步卫星的实际轨道
地球同步卫星的实际轨道为赤道平面上离地面高度一定的圆轨道
地轴
地心o
F
h
同步卫星离地面高度
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
地球同步卫星特点
1、周期 T = 24 h
2、所有同步卫星环绕 地球的速度(V)都相同。
3、同步卫星在通过赤道的平面上运行， 离开地面的高度h为定值。
T = 23小时56分04秒
V = 3千米/秒
h = 35786千米
在全球卫星定位系统(GPS)、导航系统、通信系统和卫星电视等系统中都会遇到这样一个问题：必须让卫星传播的电磁波信号能覆盖整个地球。那么，要让卫星信号覆盖整个地球，至少需要在太空中布置几颗地球同步卫星？
设想：在太空中需要几颗同步卫星？
地球
B
h
H
C A
O
r
单颗卫星信号所能覆盖的最大面积为地球总表面的42%左右。地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上，为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星。?
空间位置也是一种资源。
在南北两极纬度82°以上是盲区。
三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是一种资源。
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。
h=3.6×107m
r=4.2×107m
v=3km/s
T=24h
h=3.8×108m
r≈3.8×108m
v=1km/s
T=27天
h≈0
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星、
同步卫星、
月球三者比较
神五发射
卫星发射的轨迹
三、人造地球卫星的变轨
向高轨道变轨
v1
v2
v3
v4
v2>v1
v4>v3
v1>v4
v2>v1>v4>v3
卫星的变轨
A
B
已知小圆半径为R,周期为T,大圆半径为r,你能求出卫星从A运动到B的时间吗？
试比较下列各处速度和加速度的大小
a1 = a2> a3 = a4
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
同步轨道
自转轴
卫星的轨道
轨道位置：
以下那些轨道是可能的？
①与赤道共面轨道
②通过两极点上空轨道
③与赤道成某一角度的圆轨道
④与某一纬度重合的轨道
⑤与某一经度重合的轨道
①②③
重力=万有引力=向心力