6.5宇宙航行ppt

一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落加地面
设地球质量为M，半径为R。人造地wk.baidu.com卫星
在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。
那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的
速度v如何推算？
G
Mm r2
m
v2 r
v GM r
v 1 r
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度
R
6.37 106
程 基本思路2：重力提供向心力
mv2 R
二、人造卫星的运动规律
(1)
由
G M地m卫 r2
m卫
v2 r
得:v
GM地 r
(2)
由G
M地m卫 r2
m卫2r得:
GM地 r3
(3)
由
G
M 地 m卫 r2
m卫
4 2
T2
r得:T
2
r3 GM 地
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系
第三宇宙速度（逃逸）
第一宇宙速度
1、从发射角度分析： 是最小的发射速度 2、从绕行角度分析： 是最大的环绕速度
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
3、 基本思路1:万有引力提供向心力 推
GMm R2
m v2 R
导 v GM 6.67 10-11 6.0 1024 7.9km / s
mg 过
C.
GM R3
v2 mg m v gR
R
GMm R2
m
v2 R
v
GM R
D. GM R
如果速度继续增加，等于或大于 11.2km/s时，它就会克服地球的引力， 永远离开地球，成为绕太阳运动的 一颗人造行星
我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度
(脱离速度)
宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）人造卫星
h
3.6
4 10
5.6倍
R
6.4
3 10
5、线速度: v =3.1km/s。
特点：定轨道、定周期、定角速度、定高度、定线速度
3颗同步卫星可实现全球覆盖
1.同步卫星主要 用于通讯。要 实现全球通讯， 只需三颗同步 卫星即可。
2.为了同步卫星 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。
基本思路2：重力提供向心力
Mm
v2
mg G
R2
m R
v gR＝ 9.8 6.37106 m / s 7.9km / s
适用于计算任一天体的第一宇宙速度
1. 地球半径为R，质量为M，地面附近的重力加 速度为g，万有引力常量为G，则靠近地面运转的 人造地球卫星环绕速度为（ AD ）
A . Rg
B. R g
发射速度v
运动情况
v﹤7.第9k一m宇/s宙速度(环绕) 物体落回地面
v=7.9km/s
物体在地面附近绕地
球做匀速圆周运动
7.9km/s ﹤v﹤11.2km/s 物体绕地球运转，运 第二宇宙速度(脱离） 动轨迹是椭圆。
11.2km/s≦v﹤16.7km/s 物体绕太阳运动
16.7km/s ≦v
物体飞出太阳系
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
基本思路1：万有引力提供向心力
G
Mm r2
m
v2 r
v GM r
v
GM R
6.67
×10-11 6.37
××150. 96 8×1024m/s
=7900m/s =7.9km/s
v =7900m/s 是地球卫星的最大运行速度!
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动
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 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。
对同步卫星：
其r、 v、ω、T 、g 均为 定值
问题5：如何发射同步卫星？
比较赤道上的某一点、近地卫星、同步 卫星的T、ω、v、a向
特点：
（1）定点在赤道上空 （2）周期与地球自转周期相同 （3）距离地面的高度高度一定（约距地
面36000km） （5）线速度大小 （约为3.1km/s）
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，同步地
, 所 以r
w
4 2r 3
,r T GM
即：越高越慢
Mm G mg
R2
教学目标
一、人造卫星的发射原理 二、宇宙速度 三、人造卫星的运动规律 四、地球同步卫星
一、人造卫星的发射原理
牛顿的设想
牛顿就曾设想, 从高山上用
不同的水平速度抛出物体,
速度一次比一次大,则落点
一次比一次远,如不计空气
的阻力,当速度足够大时, 物
体就永远不会落到地面上
来,而围绕地球旋转,成为一
颗人造地球卫星了.这个速 牛顿设想的人造卫星
度应该有多大呢？
原理图
卫星发射的设想
问题1.小球从同一高度做平抛运动，随初速 度的增大，小球的运动有何变化？
问 题 2. 地 球 是 个 球 体 ， 如果抛出速度很大时，我们 还能将地面看作平面吗？
牛顿人造卫星原理图
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第一宇宙速度为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↘
近地卫星 v发 v运 其它卫星 v发 >v运
人造地球卫星
问题3：卫星的轨道圆心在哪儿？
赤道卫
所有卫星的轨道圆心都在地心上 其他卫星
其他卫星
极地卫星
其他卫星
赤道卫星
赤道卫星
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
1、只能分布在一个确定的赤道轨道上。
2、周期与地球自转的周期相同:T＝24h。 3、角速度ω与地球的自转角速度相同。 4、离地面高度:h=36000km。
v1
GM 7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km/ s
2、第二宇宙速度：
地球
V1=7.9km/s
(脱离速度)
→人造行星 v2 11.2km / s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
6.5 宇宙航行
中 国 人 的 飞 天 梦
外国人的“飞天”梦
课前预习
1.行星运动向心 力的来源和关系 式？
2.v、w、T与轨道
半径r的关系 3、地球表面重力 与万有引力的关 系
m
v2
r
G
Mm r2
m
w2
r
m
4π 2 T2
r
v w T
GM , 所 以r v r
GM r3