高一物理必修二§6-5宇宙航行LI

天平 弹簧秤测重力
液体压强计
§6.5 宇宙航行
五、地球同步卫星
1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的 、 人造卫星，它在轨道上跟着地球自转， 人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地 做匀速圆周运动，它的周期： 做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h 2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一 、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一 个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球 赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。 赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
第六章 万有引力与航天
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
嫦 娥 奔 月
2011年4月13日星期三
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
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§6.5 宇宙航行
外国人的 “飞天”梦
2011年4月13日星期三
§6.5 宇宙航行
1957年10月 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 我国在1970年4月20日发射了 1970 20日发射了 第一颗人造地球卫星
v1 =
GM R
=
6.67×10 ×5.89×10 6.37×106
−11
24
m/ s = 7.9km/ s
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 最低发射速度， 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。 宙速度。
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二、宇宙速度
2
≈ 5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h 地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
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§6.5 宇宙航行
地球同步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上 方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道 平面与地球赤道平面重合，卫星离地面 高度为定值 ≈ 5.6R地 。 2、对同步卫星： 其r、h、v、ω、T
§6.5 宇宙航行
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。
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凡是人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
重力=万有引力 万有引力=向心力
式中：r = R + h
Mm mg′=G 2 r 2 Mm v G 2 =m r r
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第六章 人造卫星的轨道 万有引力与航天
F1 F2 F
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期 练习：
r T = 2π GM 地
3
(6.37 ×10 ) = 2 × 3.14 × s −11 24 6.67 ×10 × 5.98 ×10
6 3
= 5.06 ×10 s = 84.3min
§6.5 宇宙航行
1、第一宇宙速度： (环绕速度） 第一宇宙速度： 环绕速度） 人造卫星
GM = 7.9km / s v1 = R
法二：v1 = gR = 7.9km / s
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
2、第二宇宙速度： 第二宇宙速度： 脱离速度) (脱离速度)
v2 = 11.2km / s
地球
V1=7.9km/s
→人造行星
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度） 第三宇宙速度：（逃逸速度） ：（逃逸速度
v3 = 16.7km / s
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→人造恒星
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。
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 2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
2003年10月15日 2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
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一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面 2011年4月13日星期三
设地球质量为M，半径为 。 设地球质量为 ，半径为R。人造地球卫 星在圆轨道上运行，质量为m， 星在圆轨道上运行，质量为 ，轨道半径为 r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫 。那么， 星的速度 如何推算？ 星的速度v如何推算？ 速度 如何推算
g ′是高空h处的重力加速度，也即a向
、g'均为确定值
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人 造 卫 星 的 轨 道
极地轨道
倾斜 轨道
赤道轨道 同步 轨道 自转轴
§6.5 宇宙航行
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3
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？ 的卫星？ 期为 的卫星
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四、人造卫星的超重和失重
§6.5 宇宙航行
1、发射和回收阶段 、
发射 回收 只受重力
加速上升 减速下降 a=g
超重 超重 完全失重
2、沿圆轨道正常运行 、
与重力有关的现象全部消失
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Mm v G 2 =m r r
2
GM v= v= r
v∝
1 r
卫星离地心越远，它运行的速度越小。
§6.5 宇宙航行
近地面的卫星的速度是多少呢？ 近地面的卫星的速度是多少呢？
−11 2 2
已知：G = 6.67 ×10 N ⋅ m / kg 24 6 M = 5.89 ×10 kg R = 6.37 ×10 m
匀速圆周运动的速度。
GM v1 = r
r↗ v↘
§6.5 宇宙航行
三、人造卫星的运动规律
M地m r
2
(1) 由 G
v =m r
2
得:v =
2
GM 地 r GM 地 r
3 3
(2) 由 G
(3) 由 G
M地m r
r
2
2
= mω r 得:ω =
2
M地m
r 4π = m 2 r 得:T = 2π GM 地 T
练习:求同步卫星离地面高度
h
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练习： 练习：
§6.5 宇宙航行
求同步卫星离地面高度
设 星 地 高 为 卫 离 面 度 h GM地m卫 2π 2 由 = m卫( ) (R地 + h) 2 h T (R地 + h)
3
解 h= 得
GM地T 4 − R地 = 3.6×10 km 2 4π