《6.5 宇宙航行专题：人造卫星、变轨、对接问题》PPT

4、同步卫星距地面的高度h
(已知地球的质量和半径) 解析：同步卫星绕地球做匀速圆周运动， 建立模型 万有引力提供向心力： Mm 2 2 G 2 mr ( ) h r T 思考：同步卫星的周期确定，它的高度确定吗？ R 2 3 GMT r r 2 4
2 GMT h 3 R 2 4 11 24 4 2 6 . 67 10 5 . 89 10 ( 8 . 64 10 ) 6 3 6 . 4 10 4 3.142
35800km
≈36000km
确定值
5、线速度v
解析：同步卫星绕地球做匀速圆周运动， 万有引力提供向心力：
建立模型
Mm v2 G 2 m h r r 思考：同步卫星的周期、高度确定，它的线速度确定吗？ R
GM GM v ＝ r Rh
r
6.67 1011 5.89 1024 6.4 106＋3.6 107
东
南
所有卫星的轨道中心都与地球球心重合。
所有卫星的轨道中心都与地球球心重合。
引导探究一
• 地球表面的物体
（与地球具有相同的ω0）
• 两极的物体： •
Mm G R2
mg
Mm 2 G 2 F支持力 m0 R 赤道上的物体： R
Mm 2 即： G 2 mg m0 R R 2 即：G Mm mg m 0 R 2
Mm 2 m R 2 R Mm 2 m (R h) • 人造地球卫星：G 2 (R h)
• 近地卫星： mg G
马鞍山中加双语学校 高一物理组
R
目标升华
请说出地球赤道上的物体,近地卫星,同步卫星的区别.
1、轨道半径不同：同步卫星半径大于近地卫星和赤道上随地 球自转的物体，近地卫星和赤道上随地球自转的物体半径相 等。 2、向心力不同：同步卫星和近地卫星绕地球运行的向心力完全由 地球对它们的万有引力来提供，赤道物体的向心力由万有引力的 一个分力来提供，万有引力的另一个分力提供赤道物体的重力。 3，向心加速度不同：近地卫星加速度最大，同步卫星次之， 赤道物体最小。 4，同步卫星和赤道物体的周期都为24h，近地卫星则不是。
赤道上的物体
h=3.6×107m
r=4.2×107m v=3km/s T=24h
同 步 卫 星
近 地 卫 星
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84分钟
马鞍山中加双语学校 高一物理组
引导探究一
如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空 的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视 为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判 断正确的是（ CD ） A．三者的周期关系为TA＜TB＜TC B．三者向心加速度大小关系为aA>aB>aC C．三者角速度的大小关系为ωA=ωC<ωB D．三者线速度的大小关 系为VA＜VC＜VB
道半径r、环绕速度v、角速度 及向心加速度a的大小均相同。
课题导入
二、 同步卫星、 近地卫星、 赤道上物体 三者的转动 情况
同步 卫星
赤道
r
v2,ω,a2
v1, ω’, a
近地 卫星
R
赤道 上的 物体
v,ω,a1
马鞍山中加双语学校 高一物理组
思考：所有卫星的轨道有什么共同特点？ 北
F2
西
F3 F1
提示： 典型的三个圆运动：随地圆周运动、近地圆周运动、同步圆 周运动，应从运动和力两个角度区别和联系三个圆周运动
马鞍山中加双语学校 高一物理组
三、极地轨道和倾斜轨道卫星
极地卫星
倾斜轨道卫星
北极
北极
南极
南极
四、卫星变轨问题
卫星变轨问题
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。
万有引力相同，加速度相同
·
1、卫星在二轨道相切点
2、卫星在椭圆轨道运行
速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，加速度大 远Baidu Nhomakorabea点---速度小，加速度小
马鞍山中加双语学校 高一物理组
下午10时8分2秒
引导探究一
运 行 半径r 运 行 周期T
线速度 的计算
地球赤道上的物体,近地卫星,同步卫星
近地卫星 同步卫星
地球赤道上的 物体
R地
R地 85分钟（1.4h）
GM v r近
v
6.6R地
24h v=ωR地
=GMm/R地2-mg
24h
GM r同 r同
向心力 2R ma=mω 的计算
ma= GMm/r近2
ma=mω2r ＝GMm/r同2
向心加 速度之 比
a同/a物 a同/a近＝r近 2/r同2 =r同/ R =1/(6.6)2 =6.6/1 马鞍山中加双语学校 高一物理组
近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较
h≈0 R=6.4x106m T=24h
地球同步卫星
---通讯卫星
一、同步卫星
1、定义：
与地球的自转周期相同的卫星。 即与地面相对静止的卫星。 2、同步卫星的周期（角速度）：
与地球的自转周期相同T＝24h T=1天=86400秒
思考：卫星在什么样的轨道上运动才 能使其与地球自转同步呢？
3、同步卫星的轨道
北
F1
西
F2 F万
东
南
同步卫星的轨道必在赤道平面内。 即:同步卫星必定在赤道正上方.
5、定点：每颗卫星都定在世界卫星组织规定 的位置上
5、定点
1. 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。 2. 同步卫星主要用于通讯。 要实现两极点外的全球通讯， 只需三颗同步卫星即可。
地球同步卫星特点
所有同步卫星的周期T、轨
3.072 km s
≈3.0km/s
确定值
地球同步卫星特点
1、定周期： T = 24 h
2、定轨道：地球同步卫星在通过赤道的平面 上运行， 3、定高度：离开地面的高度h为定值，约为地 球轨道半径的6倍。 h = 36000千米 4、定速率：所有同步卫星环绕 地球的速度(V) 都相同。 V = 3千米/秒
卫星变轨原理
卫星在圆轨 道运行速度 V1
R
1
F引
θ＞900
2