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1、人造卫星人造卫星人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度宇宙速度宇宙速度 我国发射的人造卫星类型想一想:卫星是怎样发射上去的呢？牛顿的猜想牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿想一想想一想:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢卫星呢?rR 设地球和卫星的质设地球和卫星的质量分别为量分别为M和和m,卫星到卫星到地心的距离为地心的距离为r,求卫星求卫星运动的线速度运动的线速度v?由由F引引=F向向得到得到vF引引Mm 当当r=R时即近地卫星时即近地卫星,由由 可得可得v=7.9km/s 在地球上抛出的物体，当它的速度足在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永
2、远不会落到地面上，它够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简将围地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称称 由此可见，人造地球卫星运行遵由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做圆周运动，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地球对卫星的引力就是向心力向心力。人造卫星人造卫星一、人造卫星一、人造卫星想一想想一想:卫星运动快慢跟什么有关卫星运动快慢跟什么有关呢呢?人造卫星运行的线速度，角速度，人造卫星运行的线速度，角速度，周期与轨道半径的关系周期与轨道半径的关系.根据 ，可得卫星运行的 线速度为 ；即 越大，越小。.根据 ，可得卫星运行 的角速
3、度为 ；即 越大，越小.根据 ，可得卫星运行 的周期为 ；即 越大，越大 由由、式可以看出卫星式可以看出卫星的线速度随高度增大而减小，角速的线速度随高度增大而减小，角速度随高度增大而减小，周期随高度度随高度增大而减小，周期随高度增大而增大。在增大而增大。在周期、角速度、线周期、角速度、线速度和轨道半径速度和轨道半径四个物理量中，四个物理量中，一一个量个量发生变化时，另外发生变化时，另外三个量三个量一定一定同时变化。同时变化。对于靠近地面的卫星，可以认为此时的对于靠近地面的卫星，可以认为此时的r r近似近似等于地球半径等于地球半径R R，把，把r r用地球半径用地球半径R R代入，可以求出代入，
4、可以求出 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速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，叫做圆周运动所必须具有的速度，叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度。二二.宇宙速度宇宙速度.第一宇宙速度（环绕速度）第一宇宙速度（环绕速度）第一宇宙速度的另一表达式第一宇宙速度的另一表达式 根根据据地地球球表表面面物物体体的的重重力力近近拟拟于于对对物体的万有引力可得物体的万有引力可得:对第一宇宙速度的理解对第一宇宙速度的理解:1.上式对其它天体也适用，上式对其它天体也适用，R为天体半径为天体半径,M为天为天 体质量体质量,g为天体表面的重力加度为天体表面的重力加度,G为引力常量为引力
5、常量.2.v1为为发射发射卫星卫星的最小发射速度的最小发射速度,又是卫星进入轨又是卫星进入轨道后最大线速度道后最大线速度(也叫运行速度也叫运行速度).？人造卫星的发射速度与运行速度人造卫星的发射速度与运行速度 1 1、发射速度发射速度是指被发射物在地面附近离开发射是指被发射物在地面附近离开发射 装置时的速度装置时的速度,并且一旦发射就再也没有补充能并且一旦发射就再也没有补充能量量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力 做功上升一定高度做功上升一定高度,进入运行轨道进入运行轨道.因卫星上升过因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力程中要克服引力和空气阻力(在大
6、气层中时在大气层中时)做功做功消耗动能消耗动能,所以卫星越高所以卫星越高,发射速度越大发射速度越大2 2、运行速度运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度速圆周运动的线速度,根据根据 可知可知,卫星越高卫星越高轨道半径越大轨道半径越大,卫星运行速度卫星运行速度(环绕速度环绕速度)就越小就越小,近近 地卫星可认为地卫星可认为v v发发=v=v运运 ,其它较高卫星的其它较高卫星的v v发发v v运运.rV发V运故故:第一宇宙速度第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发是近地卫星的发射速度和运行速度射速度和运行速度,是人造卫星的最小发射是人造卫星的
7、最小发射速度最大运行速度速度最大运行速度.如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，它绕地球运动的轨，它绕地球运动的轨迹是迹是椭圆椭圆。当物体的速度大于或等于当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们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。度的物体还受到太阳的引力。2.第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度）卫星
8、挣脱地球束缚的最小发射速度卫星挣脱地球束缚的最小发射速度达到达到第二宇宙速度第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力的物体还受到太阳的引力 如果物体的速度等于或大于如果物体的速度等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的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。宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。3.第三宇宙速度（逃逸速度第三宇宙速度（逃逸速度）卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度三个宇宙速度三个宇宙速度V=16.7km/s三三、地球地球同步同步卫星卫星 特点:(1)角速度,周期
9、(T=24h)与地球相同,是一个恒量.(2)轨道一定,在赤道平面上.(3)距地面高度一定(h=3.6107m)即轨道平面一定即轨道平面一定,高度一定高度一定,运动快慢一定运动快慢一定why？所谓地球同步卫星是指与地球自转同所谓地球同步卫星是指与地球自转同步步,相对于地面静止的人造卫星相对于地面静止的人造卫星.w1 1、为什么必须在赤道平面上？、为什么必须在赤道平面上？因因:（1 1）同步卫星与）同步卫星与 地地 球自转同步必须自西向东球自转同步必须自西向东转转,（2 2）万有引力全部提）万有引力全部提供做向心力供做向心力,圆心就是地心圆心就是地心.所以所以:同步卫星轨道平面必定在赤道平面上同步
10、卫星轨道平面必定在赤道平面上.2 2、为什么高度一定？、为什么高度一定？O万有引力提供做向心力万有引力提供做向心力由:得:把把T=86400s,M=5.98T=86400s,M=5.98x10 x102424kg,R=6.37x10kg,R=6.37x106 6m m得得h=3.58x10h=3.58x107 7m m同步卫星图片同步卫星图片思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？想一想想一想:哪一个是同步卫星哪一个是同步卫星？1人造地球卫星的轨道半径越大，则（）A.速度越小，周期越小 B.速度越小，周期越大 C.速度越大，周期越小 D.速度越大，周期越大B课堂
11、练习2:同步卫星是指相对于地面同步卫星是指相对于地面 不动的人造卫星（不动的人造卫星（）A.它可以在地面上任一点的正上方，且它可以在地面上任一点的正上方，且 离地心的距离可按需要选择不同的值离地心的距离可按需要选择不同的值B.它可以在地面上任一点的正下方，它可以在地面上任一点的正下方，但离地心的距离是一定的但离地心的距离是一定的C.它只能在赤道的正上方，但离地心它只能在赤道的正上方，但离地心 的距离可按需要选择不同的值的距离可按需要选择不同的值D.它只能在赤道的正上方，它只能在赤道的正上方，切离地心的距离是一定的切离地心的距离是一定的D3关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法正确
12、的是（）A.在发射过程中向上加速时 产生超重现象 B.在降落过程中向下减速时产 生失重现象 C.进入轨道时作匀速圆周运动，产生失重现象 D.失重是由于地球对卫星内物 体的作用力减小而引起的A C41990年年3月，紫金山天文台将该月，紫金山天文台将该 台发现的台发现的2752号小行星命名为号小行星命名为“吴吴 健雄星健雄星”。将其看作球形，直径为。将其看作球形，直径为 32km，它的密度和地球密度相近。，它的密度和地球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫星环绕若在此小行星上发射一颗卫星环绕 其表面附近运转。求此卫星的环绕其表面附近运转。求此卫星的环绕 速度。（地球半径取速度。（地球半径取6400
13、km）解:又 即此卫星的环绕速度为20m/s又5.已知地球的质量约为月球质量的已知地球的质量约为月球质量的 81倍倍,地球半径于约为月球半径的地球半径于约为月球半径的 4倍倍,在地球上发射近地卫星的环绕在地球上发射近地卫星的环绕速度为速度为7.9km/s,周期为周期为84min,那么那么在月球上发射一颗近地在月球上发射一颗近地 卫星的环绕卫星的环绕速度多大速度多大?它的周期多大它的周期多大?解:又又对地球：对地球：v1=7.9km/s 7.9km/sv11.2km/s 时卫星轨时卫星轨 道不是圆形而是椭圆。道不是圆形而是椭圆。小结小结:a.第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)：（对任何天体都适用）（对任何天体都适用）一、人造卫星一、人造卫星二、宇宙速度二、宇宙速度c.第三宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度逃逸速度):v3=16.7km/sb.第二宇宙速度第二宇宙速度(脱离速度脱离速度):v 2=11.2km/s三、同步卫星三、同步卫星轨道平面一定轨道平面一定 -赤道平面上赤道平面上高度一定高度一定 -h=3.58x107m运动快慢一定运动快慢一定 -T=24h,v=3.1km/s谢 谢再 见