新教科版高中物理必修2第三章第4节人造卫星 宇宙速度(50张ppt)

程
：
2、将飞船装入运载火箭
3、飞船从总装 系统移向发射塔
4、飞船进入 发生勤务塔
5、发射升空
神六的发射 视频
梦想成真，展望未来
1957年10月4日，苏联发射 第一颗人造地球卫星。
1961年4月12日苏联空军少校 加加林乘坐东方一号载人飞 船进入太空，实现了人类进 入太空的梦想。 1969年7月20日，阿波罗11 号将人类送上了月球。
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THE END 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。2021/3/182021/3/182021/3/182021/3/18
谢谢观看
概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步,相对于地 面静止的人造卫星.
①定平面：轨道平面一定在赤道平面内 ②定位置：在赤道正上方相对地面静止 ③定周期：运动周期等于地球自转的周期
T＝24h=86400s ④定轨道：轨道离地高度h=36000km ⑤定速度：线速度大小v=3.08km/s
想一想:哪一个是同步卫星？
1
R
6.37 10 6
7.9km /s
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速 圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。
人造卫星的发射速度与运行速度
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,并且一旦发射就再也没有补充能 量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力 做功上升一定高度,进入运行轨道.因卫星上升过 程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功 消耗动能,所以卫星越高,发射速度越大
• 卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、 气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、 预警卫星和测地卫星等种类．
300年前牛顿的猜想
牛顿的手稿
×
思考讨论1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗 人造卫星呢?
“东方红一号”中国第一颗人造地球卫星
齐奥尔科夫斯基 —“宇宙航行之父”
前苏联发射的第一颗人造地球卫星
第三章 万有引力定律
3.4 人造卫星 宇宙速度
知识回顾：
• 1.万有引力定律的表达式？
• 2.行星运动向心力的来源？
• 3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？
古人的梦想
外国人的飞天梦
嫦娥奔月
在14世纪中国明代，有一位叫万户的军
中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后
面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天
各种各样的卫星……
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一、理性的思维过程
从高山上用不同的 水平速度抛出物体， 速度一次比一次大， 落地点就一次比一 次远，当速度足够 大时，物体就将永 远不会落到地面上， 它将围绕地球旋转 成为一颗地球运动 的人造地球卫星。
高山
地球
人 造 1、在实验 卫 室组装飞船
星
的
飞船
发 射 过
分为轨道实 验仓、返回 仓、动力仓 三部分
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021 2:07:57 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/182021/3/182021/3/18Mar-2118-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/182021/3/182021/3/18Thursday, March 18, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/182021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021
纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球
上的一座环形火山命名为“万户山”。
万户飞天
认识卫星
太阳
恒星
人造卫星
地球
月亮
行星 卫星
人造卫星
• 1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造 地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪 元．我国在1970年4月20日发射了第一颗人造 地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己 力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回 收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国 家．
1、已知地表的重力加速度g，地球半径R ， 地球自转周期T，求同步卫星距地面的高度？
g 2 2
4R T h 3
2 R
2、同步卫星质量m，离地面高h，地球半
径R，地球表面的重力加速度g，地球自转角速
度ω；则同步卫星受地球的引力为：(B、C)
A、0
B、mgR2/(R+h)2
C、m 3 R2gω4 D、以上结论都不正确
四川科技馆
北极 极地卫星
北极
南极
南极
一、卫星的轨道
卫星的轨道
极地轨道
倾斜 轨道
同步 轨道
赤道轨道 自转轴
卫星的轨道
温馨提示：请做笔记！
卫星轨道特点： 所有卫星的轨道都必须以地心为轨道圆心或焦点。
重力=万有引力=向心力
mg=GMr2m
mv2 r
轨道位置： ①②③
以下那些轨道是可能的？ ①与赤道共面轨道 ②通过两极点上空轨道 ③与赤道成某一角度的圆轨道
我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2003年10月15日 神舟五号杨利伟
嫦娥工程
2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦 娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶 段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完 成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57 分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。
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
V球的吸
引，不再绕地球运行。我们
地球
把这个速度叫第二宇宙速度。
V1=7.9km/s
达到第二宇宙速度的还受到
太阳的引力。
2、运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后 绕地球做匀速圆周运动的线速度,根据 可 v GM
r
知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕 速度)就越小,近地卫星可认为v发=v运 ,其它较高 卫星的v发＞v运.
故:
r
V发 V环
第一宇宙速度v1=7.9km/s是人造卫星的 最小发射速度，近地卫星的最大环绕速度.
2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工 程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是 嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和 分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。
截止2016年4月北斗卫星发射完成60%
西昌卫星发射中心
风雪中领命出征
卫星挣脱地球束缚的最小发射速度
达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力
3.第三宇宙速度（逃逸速度）
如果物体的(发射速度)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。我们把这个速度 叫第三宇宙速度。
卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度
V=16.7km/s
三个宇宙速度
。2021年3月18日星期四2021/3/182021/3/182021/3/18
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/182021/3/18March 18, 2021
1、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星 2、大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见 空间位置也是一种资源。
在赤道上方 高度相同
通讯卫星
三颗同步卫星 可以覆盖全球
地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较
月球
h≈0 R=6.4x106m T=24h
3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种
学说叫做 "宇宙膨胀说"，这种学说认为万有引
力常量G在缓慢地减小。根据这一理论，在很
久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在
相比:( BC )
A、公转半径R 较大 B、公转周期T 较小 C、公转速率v 较大 D、公转角速度ω较小
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/182021/3/18Thursday, March 18, 2021
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
赤道上的物体
h=3.6×107m
同 步
r=4.2×107m
卫
v=3km/s
星
T=24h
温馨提示：请做笔记！
近 地 卫 星
500千米以 下的航天器, 计算时轨道 半径可近似 取地球半径
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27天
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s Tmin=84分钟
万 户
飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝， 点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随 风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅”
飞 摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告
天 失败。 万户是世界上第一个利用火箭向太空
搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借
助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因
此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了
温馨提示：请做笔记！
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大 于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的 轨迹是椭圆。
2.第二宇宙速度（脱离速度）
当物体的速度(发射速度)大于或等于 11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再 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物体还受到太阳的引力 。
卫星运行规律
假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，
人造卫星到地心的距离为r。
讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的 m r
增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角
M
速度w、周期T分别怎么变化？
GMm （1） r 2
GMm
（2）
r2 GMm
（3）
r2
= m v2 r
ma
m2r
∴ v GM r
∴
a
GM r2
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。
卫星的轨道
极地轨道
倾斜 轨道
同步 轨道
赤道轨道 自转轴
同步卫星图片
三、地球同步卫星（P54发展空间）
温馨提示：请做笔记！
∴
GM r3
理想模型—圆形轨道
r越大， 有： v越小， a越小，
GMm （4） r 2
m(2 )2r ∴ T 2 r3
T
GM
w越小， T越大。
二、 宇宙速度
１.第一宇宙速度（环绕速度）
对于靠近地面的卫星（近地卫星），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
v m/s GM 6.67 10 1 15.98 10 24