宇宙航行 PPT

4π2r3
GM
可见：卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定
人造地球卫星的运动规律
1
3 2
4
v1>v2=v3>v4 T1<T2=T3<T4
ω1>ω2=ω3>ω4
练习：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，线速度越—小— （2）离地面越高，周期越—长— （3）离地面越高，角速度越—小— （4）离地面越高，向心加速度越小— （5）离地面越高，向心力越—小—
(a、V 、ω 、T )
r
记忆口诀：“高轨低速长周 卫星运动期的”线速度、角速度、向心加速度和周期：
a (1)由 G M m=ma r2
得：
＝
GM r2
(2)由
G
Mm r2
=m
v2 r
得：ｖ
Байду номын сангаас
GM r
(3)由
G
M m =mω2r r2
得：ω＝
GM r3
(4)由 G
M
m
２π =m(
2
)r
r2
T
得：Ｔ＝
卫星变轨原理
使卫星v2加 ,使 m 速 R22 v到 GM R2 m
卫星在圆轨 道运行速度
V1
R
1
2
V2
课堂训练
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 :1
(2)周期之比
v GM r
T1:T2 = 1:8
T 2 r3
GM
高考链接：2012山东理综第15题
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
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
近地面的卫星的速度是多少呢？
已 知 ： G 6 .6 7 1 0 1 1 N m 2 /k g 2 R6.37106m M5.891024kg
v 1G R M 6 .6 7 1 6 0 . 3 1 7 1 1 5 0 .8 6 9 1 0 2 4m /s 7 .9 k m /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 宙速度。
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。
练习：求近地卫星的周期
T 2 r3
GM地
23.14
(6.37106)3 6.671011 5.981024 s
5 .0 6 1 0 3 s 8 4 .3 m in
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）人造卫星
GM
v1
7.9km/s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法 二 ： v 1g R 7 .9 km /s
2、第二宇宙速度：
地球
V1=7.9km/s
(脱离速度)
→人造行星 v211.2km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
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。
1、卫星在二轨道相切点 2、卫星在椭圆轨道运行
万有引力相同
速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，动能大 远地点---速度小，动能小
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 )
B
等于v 1 ( v2
A.
R
3 1
R
3 2
B.
R2 R1
C.
R
2 2
R
2 1
D.
R2 R1
2020年12月3日星期四
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
卫星变轨原理
V
mA
F引
F引
G
Mm r2
F引＜F向 F引＞F向
F引 F向
v2 F向 m r M
宇宙航行
各种各样的卫星……
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
2020年12月3日星期四
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。
rvωTa “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？
v316.7km/s→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
匀速圆周运动的速度。
v1
GM r
r↗ v↘
三、近地卫星
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。
2020年12月3日星期四
五、人造卫星的轨道
立体
赤道平面
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
高考链接：2011山东理综第17题
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( AC ) 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