人教版高中物理必修二 宇宙航行课件ppt课件

4π2
h
例、试求赤道上空同步卫星离地面的高度h和线 速度v各是多少？已知地球质量M=6.0×1024kg， 地球的赤道半径R=6.4×106m，引力常量 G=6.67×10-11N•m2/kg2，地球自转周期 T=24h。
卫星离地面的高度为: h=r-R=4.23×107-6.4×106m
r
R
h
=3.59×107m=36000km 同步卫星的线速度为: V=2πr/T=3.08×103m/s=3km/s
mr4π2 Mm (3)由G 2 ＝ 2 r T
Mm v GM (1)由Ｇ 得:ｖ＝． m 2 r r r
GM 3 r
r3 GM
T=2π
可见：V 、W 、T 与 r 为 一 一对应关系
与卫星质量无关
例：两个人造地球卫星，其轨道半 径之比r1:r2=2:1，求(1)向心加速度 之比，(2)线速度之比，（3）角速 度之比，（4）运动周期之比。 GM Mm （1） G r2 =ma向 a向= r2 a1 r2 2 1 a2 = r1 = 4
同步卫星的特点
1.定周期:运行周期等于地球自转 周期(24h) 2.定轨道平面:运行平面在赤道平 面内 3.定高度:离地高度一定 h=36000kg 4.定速度:运行速度一定(3km/s) 5.定点:在赤道上方相对地面静止
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。
人民教育出版社《高中物理必修1》第三章第5节
太阳系
引言
在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传 说。 1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星， 从而开创人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联成功地 发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里· 加加林成为人类第 一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕；1969年7月20日， 美国航天员阿姆特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗”11号飞船的登 陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了人类登上月球 的理想…… 人类进入了航天时代。
地面上的物体，怎样才能成为人造 地球卫星呢？
300多年前， 牛顿提出设 想
由此可见，人造地球卫星运 行遵从的规律是：卫星绕地 球做圆周运动，地球对卫星 的引力提供卫星做圆周运动 的向心力。
设地球质量为m´，半径为R。人造地球卫 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？
例：两个人造地球卫星，其轨道半 径之比r1:r2=2:1，求(1)向心加速度 之比，(2)线速度之比，（3）角速 度之比，（4）运动周期之比。
2 4 π Mm （4） G 2 =mr T2 r 3 r T= GM
T1 = T2
r13
r23
8 = 1
发射速度与环绕速度
v2
v1
v1>v2
近地卫星速度=第一宇宙速度=最大 环绕速度=最小发射速度7.9km/s
V2=11.2km/s
地球
V1=7.9km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于 16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳 系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。
描述卫星 运动的量？
线速度、角速度、 ？
2
Mm (2)由Ｇ 2 ＝ｍω２ｒ得：ω＝ r
地球同步卫星
例、试求赤道上空同步卫星离地面的高度h和线 速度v各是多少？已知地球质量M=6.0×1024kg， 地球的赤道半径R=6.4×106m，引力常量 G=6.67×10-11N•m2/kg2，地球自转周期 T=24h。
解：同步卫星绕地球做匀速圆周运 动的向心力为地球对它的引力，则
r
R
Mm =mr G 2 2 T r 3 2 GMT 7m r= =4.23 × 10 4π2
Gm m r2
'

mv r
2
v
v
1 r
Gm r
从上式可以看出:
,
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
近地面的卫星的速度是多少呢？
h=100km，R=6370km
对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地 球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出：
v1
Gm R

6.6710 11 5.8910 24 6.37106
例：两个人造地球卫星，其轨道半 径之比r1:r2=2:1，求(1)向心加速度 之比，(2)线速度之比，（3）角速 度之比，（4）运动周期之比。
2 Mm mv （2） G 2 = r r v1 r2 1 v2 = r1 = 2
GM V= r
例：两个人造地球卫星，其轨道半 径之比r1:r2=2:1，求(1)向心加速度 之比，(2)线速度之比，（3）角速 度之比，（4）运动周期之比。 Mm （3） G 2 =mrω2 r ω1 r23 1 ω2 = r 3 = 8 1 GM ω= r3
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 一宇宙速度。
第一宇宙速度的另外一种求法:
• 由mg =mv2/R
V1= gR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动） V3=16.7km/s
2、第二宇宙速度：当物体 的速度大于或等于11.2km/s 时，卫星就会脱离地球的吸 引，不在绕地球运行。我们 把这个速度叫第二宇宙速度。 达到第二宇宙速度的还受到 太阳的引力。