7.4 宇宙航行 课件（24张PPT）

(共24张PPT)
宇宙航行
「有一天，我看见过四十三次日落。」
过一会儿，你又说：
「你知道，当人们感到非常苦闷时，总是喜欢日落的。」
1
探究宇宙速度
2
人造卫星的稳定运行
3
同步卫星
学习目标
问题1：月球绕着地球转要受到地球对它的吸引力,但是为什么
月亮不会落到地面上来
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转,此时月球受到的地球引力,用来充当绕地球运转的向心力,故月球不会落到地面上来.
一、探究宇宙速度
一、探究宇宙速度
问题2.卫星在地球表面附近是多大速度才能稳定运行？请建立模型并推导。
方案一：若已知：地球的质量M=5.98×1024kg,半径R=6400km，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2
探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期
方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
v
F引
方案二：若已知：地球表面重力加速度g=9.8m/s2, 地球的半径R=6400km.
探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度及周期
方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：
第一宇宙速度！
牛顿关于卫星的设想
问题3.地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？
发射速度：卫星在地面附近离开发射装置的初速度。一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道。
v环绕
v发射
运行速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
一、探究宇宙速度
数值 意义
第一宇宙速度 7.9 km/s 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度（最大环绕速度，最小发射速度）
第二宇宙速度 11.2 km/s 使物体克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度
第三宇宙速度 16.7 km/s 使物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度
如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？
问题4.人造地球卫星的运行轨道
A
B
C
D
二、高空轨道卫星的稳定运行
知识深化
1.人造地球卫星
(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图3所示.
(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心.
2.近地卫星
(1)近地卫星做匀速圆周运动的轨道半径r可以近似地认为等于地球半径R，线速度大小：v1＝7.9 km/s；
由 可得其周期为T≈85 min.
(2)7.9 km/s和85 min分别是人造卫星做匀速圆周运动的最大线速度和最小周期.
高轨低速长周期
人造卫星圆周运动线速度、角速度、周期、向心加速度
线速度
角速度
周期
向心加速度
遥感卫星
高分卫星
风云卫星
北斗卫星
中星卫星。。。
北京大兴机场
3.同步卫星
(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期.
(2)特点
①定周期：所有同步卫星周期均为T＝24 h≈1440min. 23h56min=1436min
②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东.
三、同步卫星
问题6.在观看卫星电视节目时，为什么卫星天线要朝着
某一方向固定不动？
2017年9月25日是我国新一代同步卫星“风云四号”在轨交付的日子，与上一代相比，“风云四号”的整星观察数据量提高了160倍，左图是“风云四号”拍摄的中国所在的东半球上空视角照片，微信为了纪念，将登录页面图片更换为该照片，为期四天。
针对训练1　如图所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5 000～15 000 km，则下列说法正确的是
A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度
B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s
C.中地球轨道卫星绕地球一圈的时间大于24小时
D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期
√
针对训练2. 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度
D . b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
a
c
b
地球
√
√
高轨低速长周期
针对训练3　如图所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星.三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则
A.ωA＝ωC<ωB
B.TA＝TCC.vA＝vCD.aA＝aC>aB
√
三
高轨低速长周期？？？
解析　同步卫星与地球自转同步，故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及a＝ω2r得vC>vA，aC>aA
故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TBaB>aC>aA.选项A正确，B、C、D错误.
总结提升
同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较
2.同步卫星和赤道上物体都做周期和角速度相同的圆周运动.因此要通过v＝ωr，an＝ω2r比较两者的线速度和向心加速度的大小.
针对训练4.某人在一星球上以速率 v 竖直上抛一物体,经时间 t 后,物体以速率 v 落回手中。已知该星球的半径为 R ,求该星球上的第一宇宙速度。
解析：星球表面的重力加速度：
该星球表面的第一宇宙速度为
第一宇宙速度为卫星在其表面附近做匀速圆周运动的线速度卫星的重力提供向心力,则：
归纳要点
1
卫星运行规律：高轨低速长周期
2
同步卫星：定轨道、定周期、定高度
3
第一宇宙速度：7.9km/s最小发射速度。
最大环绕速度
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