高一物理《宇宙速度》课件

牛顿的手稿
想一想:
物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造 卫星呢?
M
设地球和卫星的质 量分别为M和m,卫星到
地心的距离为r,求卫星
r
F引
运动的线速度v?
R
m
由F引=F向得到
Mm v2
G m
r2
r
v GM r
思考：什么时候V最大？
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：
v m / s GM
1
R
6.6710115.891024 6.37106
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速
度，叫做第一宇宙速度。
根据地球表面物体的重力近拟等于 地球对物体的万有引力可得:
v gR 9.86.4106 m / s 7.9km/ s
一.卫星的变轨问题：
第一次变轨：
点火加速： v2>v1
v4
在椭圆轨 道上运行:
v2>v3
v3 v1
第二次变轨：
点火加速： v4>v3
在圆轨道上 稳定运行：
v1>v4
v2
v2>v1>v4>v3
“变轨”问题：
1.分析思路： 定态运行：看公式 加速度关系呢？
动态变轨： 析供需 2.典型实例：
a=v2/r仅适用于圆周运动
1）圆轨道与椭圆轨道的互变：
A点： 圆→ 加速 →椭圆 近地点 椭圆→减速 →圆
A
B B点： 圆→ 减速 →椭圆
远地点 椭圆→加速 →圆
例1.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道
1，然百度文库点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，
将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3
相切于P点，如图所示。则当卫星分别在1、2、3轨道上
球运动的轨迹是椭圆。
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引力，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物体还受到太阳的引 力。
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。我们把 这个速度叫第三宇宙速度。
三、地球同步卫星
讨论:什么是地球同步卫星？
所谓地球同步卫星是指相对于地面静 止的人造卫星
思考：同步地球卫星具有哪些 特点？
1、定周期：周期与地球自转周期相同，T=24h
2、定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面 均在赤道平面内 3、定高度： H=3.6×104km
计算同步卫星的高度h=? 4、定速度，角速度 线速度V=3.1×103m/s
轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：
A．b、Dc的线速度大小相等，且大于a的线速度 B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心
加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同 一轨道上的c D．a卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小， 其线速度将变大
地球
b
a c
第五节 人造卫星 宇宙速度
牛顿的猜想
一、人造卫星：
在地球上抛出的物体，当它的速度足够 大时，物体就永远不会落到地面上，它将 围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。
简称 人造卫星 。
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
对卫星的引力就是向心力。
我国发射的人造卫星类型
二、宇宙速度 牛顿的猜想
赤道平面内近地卫星和同步卫星模拟
R r
练习．同步卫星周期为T1，加速度为a1， 向心力为F1,线速度为v1；地面附近的卫星 的周期为T2，加速度为a2，向心力为F2， 线速度为v2;地球赤道上物体随地球自转 的周期为T3，向心加速度为a3，向心力为 F3，线速度为v3,则把以上各物理量排列大 小关系。
对第一宇宙速度的理解:
v1
GM R
gR
1.v1为发射卫星的最小速度,又是卫星
进入轨道后最大线速度.
2.上式对其它天体也适用，R为中心 天体半径, M为中心天体质量, g为天 体表面的重力加速度,G为引力常量.
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
正常运行时，以下说法正确的是： BD
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2
上经过Q点时的加速度
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3
上经过P点时的加速度
p
1 23 Q
例2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形