人教版高中物理必修二 6.5宇宙航行 (共33张PPT)

(共33张PPT)
6.5宇宙航行(第2课时)
人造卫星
宇宙速度
卫星环绕地球做匀速圆周
运动的线速度
宇宙速度
推导
（环绕速度）
第一宇宙速度
卫星绕地球运的最大速度
发射卫星的最小
速度
知识回顾
一.地球同步卫星
2.同步卫星特点(1)在赤道平面内
(2)周期一定T=24h(3)高度一定
人类在宇宙发射了多种多样的人造卫星,其中有一种特别的卫星称为地球同步卫星(常用做通讯卫星)
所有同步卫星只能分布在赤道上方一个确定轨道上,定高度、定周期、定速率、定角速度、定轨道
3.同步卫星应用:卫星通信、广播,天气预报、导航、地球资源探测、育种、军事应用等
1.地球同步卫星:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。
5.同步卫星的个数: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.
4.同步卫星高度固定不变
线速度：
角速度：
注:凡是人造卫星的问题都可从万有引力=向心力去列运动方程,即:
?
运行半径r
R地
R地
6.6R地
运行周期T
24h
85分钟（1.4h）
24h
线速度的计算
V=ωR地
向心加速度的计算
ma=mω2R
=GMm/R地2=mg
ma=
GMm/r近2
ma=mω2r
＝GMm/r同2
向心加速度之比
a同/a物
=r同/
R
=6.6/1
a同/a近
＝r近
2/r同2
=1/(6.6)2
?
同步卫星
近地卫星
地球赤道上的
物体
6.注意区别:地球赤道上的物体,近地卫星,同步卫星
7.赤道上随地球自转的物体,近地卫星,同步卫星都绕地心运动,但是万有引力(an)
有什么区别？
8.近地卫星、同步卫星、月球三者比较
(1)谁周期长?
(2)谁角速度大?
(3)谁轨道半径大?
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
(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
9.人造卫星的超重和失重
AC
例1.关于地球同步卫星,下列说法正确的是（
）
A.它的运行速度小于7.9km/s
B.它的运行速度大7.9km/s
C.它的周期是24h,且轨道平面于赤道平面重
D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是不同的
例2.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星,关于同步卫星的说法中正确的是(
)
A.它可以在地面上任一点的正上方,且离地心的距离可按需要选择不同值
B.它可以在地面上任一点的正上方,但离地距离是一定的
C.它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择不同值
D.它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的
D
o
例3.如图所示,有A、B两个卫星绕地球做圆周运动,旋转方向相同,A卫星的周期为T1,B卫星的周期为T2,在某一时刻两卫星第一次相遇(即两卫星距离最近)
求:1.多少时间后两卫星第二次相遇?
2.多少时间后两卫星第一次相距最远?
Q
P
v3
v1
v2
3.神六变轨:神六飞船入轨后先是在近地点200公里,远地点350公里的椭圆轨道上运行,然后变轨到距地面343公里的圆形轨道.比较v1、v2、v3的大小?
v1____v2
v2____v3
v1____v3
>
<
>
v1>v3>v2
二.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
v
F引
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
v3
F引
L
卫星变轨原理
使卫星进入更高轨道做圆周运动
v3
v4
卫星的回收
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
Q
P
2
·
3
1
BD
“嫦娥奔月”
图
理性探究
发射、变轨、运行
2.
2007年10月24日“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕
地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨
道①→24小时椭圆轨道②→48小时椭圆轨道③→修正轨道④→
地月转移轨道⑤。11月5日11时，当卫星经过距月球表面高度
为h的A点时，再经三次变轨：12小时椭圆轨道⑥→3.5小时椭圆
轨道⑦→最后进入周期为T的极月圆轨道⑧
，如图所示（
）
A.“嫦娥一号”由⑤到⑥需加速、由⑦到⑧需减速
B.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度
C.在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关
D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
E.在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力
①
②
③
近地变轨
轨道修正
转移轨道
④
⑤
⑥
⑦
⑧
发射
D
注意:万有引力中两星相距是L,而向心力表达式中半径为r1、r2,不可混淆.
宇宙中有相距较近,质量可以相比的两颗星(其他星体对它们的影响忽略不计),围绕它们连线上的某一固定点做同周期的匀速圆周运动.这种结构叫做双星
⑴角速度必定相同，因此周期也必然相同。
⑵每颗星的向心力大小必然相等
⑶如果两颗星的质量相差悬殊，如m＜＜M，则r=L,R=O，
这是可以把大质量星看作静止的，小质量星围绕大质量星运动。
三.双星问题
例1.两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量。
O
解析：设两星质量分别为M1和M2，都绕连线上O点作周期为T
的圆周运动，星球1和星球2到O
的距离分别为l
1和
l2
．由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得
l
1
l
2
M2
M1
l
1
+
l2
=
R
联立解得
例2.在天体运动中，把两颗相距很近的恒星称为双星，这两颗星必须各自以一定的速率绕某一中心转动才不至于由于万有引力而吸在一起。已知两恒星的质量分别为M1和M2两恒星距离为L。求：(1)两恒星转动中心的位置；(2)转动的角速度。
O
分析：如图所示，两颗恒星分别以转动中心O作匀速圆周运动，角速度ω相同，设M1的转动半径为r1，M2的转动半径为r2=L-r1；它们之间的万有引力是各自的向心力。
解答：（1）对M1，有
对M2，有
O
①
ω
向
1
2
1
2
2
1
r
M
L
M
M
G
F
=
=
②
故M1ω2r1=M2ω2(L-r1)
（2）将r1值代入式①
①周期、角速度一定,与地球自转周期(T=24h)
角速度相
②轨道平面在赤道平面上;
③距离地心的距离一定:h=3.95×104km;
距离地面的高度为3.6×104km
④环绕速度一定:v=3.1km/s,环绕方向与地球自转方向相同
⑤向心加速度大小一定:a=0.23m/s2
课堂小结
1.同步卫星的特点
速度增加(F引＜F向心离心运动)
半径增大(F引为阻力)速度减小
(新轨道r新＞r;V新＜V)
速度减小(F引＞F向心向心运动)
半径减小(F引为动力)速度增大
(新轨道r新＜r;V新＞V)
2.变轨
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三颗同步卫星作为通讯卫星,则可覆盖全球
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