《宇宙航行》课件(精品)

只受重力
a=g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
七、卫星变轨
卫星变轨原理
V
m A
F引
F引＜F向
F引＞F向
M
在A点万有引力相同 A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
卫星变轨原理
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。
方案二 若已知：地球表面的重力加速度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
v2 解：mg m R
v gR 7.9km / s
2 r T 84.8 min V
阅读教材并回答：三种宇宙速度（发射速度）
阳系的速度. （逃逸速度）
人造卫星的轨道
赤道平面
立体
平面
所有卫星都在以地心为圆 心的轨道上(原因？）
“高轨低速长周期”
人造卫星的轨道
练习：求近地卫星的周期
T 2
(6.37 10 ) 2 3.14 s 11 24 6.67 10 5.98 10
6 3
r GM 地
3
5.06 103 s 84.3min
3.同步卫星的高度 mM 2 2 G Rh m R h T 2
h
2
3 GMT 4 2
R
h为固定值（h=35786Km） 4.同步卫星速度
2 R h T 3
v

2
3.14 10 m / s
三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较
月球
星同 步 卫
⑴定周期：T=24h=86400s ⑵定点：相对于地面静止。 ⑶定轨道：同步卫星轨道必须在赤道上空
⑷定高度：由
Mm 2 2 G m( ) ( R h ) 2 ( R h) T
2 GMT h 3 R 2 4 3
R2 gT 2 7 R 3.6 10 (m) 2 4
⑸定速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半 径即确定，因此线速度、角速度大小均不变 ⑹定加速度：由于同步卫星高度确定，其轨道半 径即确定，因此向心加速度大小也不变
思考讨论二: 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?
Mm V2 2 2 G 2 m m r m r r r T
2
探究一：求物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度和周期
方案一：若已知：地球的 方案二：若已知：地球 质量M=5.98×1024kg, 表面重力加速度 半径R=6400km，引力 g=9.8m/s2, 地球的半 常量G=6.67×10径R=6400km. 11N· m2/kg2 探究：物体在地球表面附 探究：物体在地球表面 近做匀速圆周运动的线 附近做匀速圆周运动 速度及周期 的线速度及周期
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
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。
地球同步卫星
问题4：你能否 形象的描述它的轨道？ 轨道与赤道重合 卫星位于赤道的正上 方的某一高度
同步卫星：相对于地面静止，公转周期 和地球自转周期相同的卫星。 1．特点：
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
星近 地 卫 h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84分钟
四、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射 回收
加速上升 减速下降
超重 超重
2、沿圆轨道正常运行
V = 7.9km/s V = 16.7 km/s V = 11.2 km/s
第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太
第二宇宙速度:物体克服地球引力,永远脱离地球的速度.
11.2 km/s >V > 7.9 km/s
第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速
度. （不同天体有各自的第一宇宙速度。如果卫星的发 射速度小于第一宇宙速度，卫星将落回地面。）
各种各样的卫星……
一、宇宙速度
思考讨论一:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？ v
0
问 题 情 境
O
平抛运动演示
A
B
C
D
让物体做平抛运动初速度逐渐增大
通过观看动画回答下列问题： 1、平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变
化？ 越来越远
2、在速度足够大的情况下，运动通过的地面还是
水平的吗？ 不是
两 条 黄金代换：GM＝gR 基 2、万有引力提供向心力 本 Mm v 2 G ma m m r m ( ) r r r T 思 4 r 路 M
Mm mg G R2
gR2 M G
2
2 2 2 2 向
1、万有引力等于重力
2
பைடு நூலகம்
3
GT
2
中 国 人 的 飞 天 梦
外国人的“飞天”梦
人造地球卫星
思考讨论四：人造地球卫星的运行轨道 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？
轨道中心
地心
万有引力 提供向心力 ________
人造地球卫星的运行轨道
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道 上
三类人造地球卫星轨道：
①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上 方 ②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两 极上空 ③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。
二、人造地球卫星运动规律
探究二：将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你 能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径 的关系吗？
1
3 2
4
v2 GM r越大（高），v越小 v m r r 越小 m 2 r GM r越大， 3 Mm r G 2 3 r 2 r 2 m( ) r T 2 r 越大， T 越大 T GM GM man an r越大，an越小 2 r
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。注意: 卫星的实际环绕 速度一定不大于发射速度 . v
环绕
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。 注意宇宙速度均指发射速度 v发射
思考：第一宇宙速度是发射卫星的最大速度还 是最小速度？ r最小，是最小发射速度。 归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最 大运行速度。
思考：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度还是 最小速度？ r最小，是最大环绕速度。
思考讨论三:将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一 个更大？哪一个更容易？为什么？
向高轨道发射 卫星时, 需要的 初速度大，因为 火箭克服地球对 卫星的引力而做 更多的功,对火 箭的要求更高一 些,所以比较困 难。
万有引力相同 1、卫星在二轨道相切点 速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，动能大
2、卫星在椭圆轨道运行
远地点---速度小，动能小
卫星变轨原理
使卫星进入更高轨道做圆周运动
卫 星 的 回 收
方案一：若已知：地球的质量为
M 5.98 1024 kg
11 2 2
半径R=6400km，引力常量 G 6.67 10 Nm kg 探究：物体在地球表面附近运行的线速度及 周期 建立模型
Mm V2 G = m 2 R R
v= GM = 7.9km / s R
2 r T 84.8 min V
3 、若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎
样? 试大胆猜想。 物体不再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。
牛顿关于卫星的设想
从高山上水平抛出物体， 速度越大，落地点离山脚越 远。如果没有空气阻力，当 速度足够大时，物体就永远 不会落到地面上来，它将围 绕地球旋转，成为一颗永远 绕地球运动的人造卫星。