人教版高中物理必修二-6-5-宇宙航行(33张PPT)

(共33张PPT)
§6.5 宇宙航行
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嫦娥奔月
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敦煌飞天的美丽壁画
1957年10月4日，前苏联发射了
世界上第一颗人造地球卫星
我国在1970年4月20日发射了第一颗人造地球卫星
2003年10月15日，神州五号
载人宇宙飞船发射升空
各种各样的卫星……
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一、人造卫星的发射原理
1、牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
2、人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因
人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
3、人造卫星的运行规律
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v 、角速度ω 、周期T、向心加速度a与轨道半径 r 的关系
(a、V 、ω 、T )
卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：
(3)由 得：ω＝
(4)由 得：Ｔ＝
可见：卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定
(2)由 得：ｖ＝?
记忆口诀：“高轨低速长周期”
1
2
3
4
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
人造地球卫星的运动规律
练习：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，线速度越——
（2）离地面越高，周期越——
（3）离地面越高，角速度越——
（4）离地面越高，向心加速度越—
（5）离地面越高，向心力越——
小
长
小
小
小
两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量不相等，轨道半径之比r1:r2=1:4,则它们的
(1)线速度大小之比 v1:v2=

(2)周期之比 T1:T2 =
课堂训练
2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为V1、V2。则 等于( )

A. B. C. D.
高考链接：2012山东理综第15题
B
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这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，叫做第一宇宙速度。
近地面的卫星的速度是多少呢？
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二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）
V1=7.9km/s
地球
11.2km/s>v>7.9km/s
2、第二宇宙速度：　　　 　　(脱离速度)
V2=11.2km/s
V3=16.7km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
→人造行星
→人造恒星
人造卫星
概念辨析　发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。
r↗ v↘
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度
三、近地卫星
近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径，其周期约为84分钟。其向心力由万有引力提供。
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练习：求近地卫星的周期
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。
r v ω T a
“全部固定”
圆轨道在赤道平面，即在赤道的正上方；周期与地球自转周期相同，为24小时；绕行方向为自西向东。
大家能否计算出同步卫星的高度，线速度呢？
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定
①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；
②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h）
③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km）
④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
3、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所以也叫通信卫星
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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。
“高轨低速长周期”
五、人造卫星的轨道
极地轨道
一般轨道
赤道轨道
所有卫星都在以地心为圆心的轨道上(原因？）
平面
立体
赤道平面
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甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是( )

A．甲的周期大于乙的周期
B．乙的速度大于第一宇宙速度
C．甲的加速度小于乙的加速度
D．甲在运行时能经过北极的正上方
高考链接：2011山东理综第17题
AC
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六、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a = g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
天平
弹簧秤测重力
液体压强计
七、卫星变轨
V
F引
F引＜F向
F引＞F向
卫星变轨原理
M
m
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
在A点万有引力相同
A
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿高轨道运行。
卫星变轨原理
1、卫星在二轨道相切点
万有引力相同
速度—内小外大（切点看轨迹）
2、卫星在椭圆轨道运行
近地点---速度大，动能大
远地点---速度小，动能小
1
2
R
卫星在圆轨道运行速度V1
V2
θ＞900
减小
卫星变轨原理
1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ）
A、在轨道3上的速率大
于1上的速率
B、在轨道3上的角速度
小于1上的角速度
C、在轨道2上经过Q点时
的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率
D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上
经过P点时的加速度
BD
2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上．在卫星经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ.已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R．求：
（1）近地轨道Ⅰ上的速度大小；
（2）远地点B距地面的高度。