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1、“东方红一号东方红一号”侦察卫星侦察卫星“风云一号风云一号”气象卫星气象卫星 科学探测卫星科学探测卫星 牛顿人造地球卫星的设想图牛顿人造地球卫星的设想图v平抛平抛洲际洲际导弹导弹人造人造卫星卫星增大增大1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）卫星做圆周运动的向心力由万卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，万有引力近似等有引力提供，万有引力近似等于重力于重力mgmg，卫星运行半径近似，卫星运行半径近似看作地球半径，根据牛顿第二看作地球半径，根据牛顿第二定律得定律得:mg=GMm/R:mg=GMm/R2 2=mv=mv2 2/R/R最小的近地发射速度最小的近地发射速度,近地发射时
2、近地发射时速度等于这个速度卫星，刚好能速度等于这个速度卫星，刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动在地球表面附近作匀速圆周运动v1=7.9km/sv7.9km/s 要使卫星在离地面更远的轨道上运要使卫星在离地面更远的轨道上运行，则需要更（行，则需要更（）的发射速度，来）的发射速度，来到新轨道上的运行速度变到新轨道上的运行速度变（）。大大小小v v2 2=11.2km/s=11.2km/s、第二宇宙速度、第二宇宙速度11.2km/sv16.7km/s11.2km/svv7.9km/sMM发射速度发射速度发射速度发射速度运行速度运行速度运行速度运行速度二、卫星的运行二、卫星的运行(圆周轨道圆周轨道)万
3、有引力万有引力=向心力向心力重力近似重力近似=万有引力万有引力基本方程基本方程辅助方程辅助方程A AB BC C高轨道卫星的运行速度较高轨道卫星的运行速度较小小,较容易发射，对吗？较容易发射，对吗？v v1 1是最小是最小发射速度发射速度，也是最大也是最大环绕速度环绕速度v v1 1=7.9km/s=7.9km/s神五发射神五发射卫星发射的轨迹卫星发射的轨迹三、人造地球卫星的变轨三、人造地球卫星的变轨向向高高轨轨道道变变轨轨v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v3卫星的变轨卫星的变轨A AB B已知小圆半径为已知小圆半径为R,R,周期周期为为T,T,大圆半径为大圆半径为r,r,
4、你能你能求出卫星从求出卫星从A A运动到运动到B B的的时间吗？时间吗？试比较下列各处速度和加速度的大小试比较下列各处速度和加速度的大小a1=a2 a3=a4 宇宙飞船和空间站在同一轨道宇宙飞船和空间站在同一轨道上运行，若飞船想与前面的空间站上运行，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上空间站，可以对接，飞船为了追上空间站，可以采取的方法是采取的方法是()A.飞飞船加速直到追上空船加速直到追上空间间站，完成站，完成对对接接B.飞飞船从原船从原轨轨道减速至一个道减速至一个较较低低轨轨道，再加速道，再加速追上空追上空间间站完成站完成对对接接C.飞飞船加速至一个船加速至一个较较高高轨轨道再减速追上
5、空道再减速追上空间间站站完成完成对对接接D.无无论飞论飞船如何采取何种措施，均不能与空船如何采取何种措施，均不能与空间间站站对对接接B飞船和空间站的对接飞船和空间站的对接飞船和空间站的对接飞船和空间站的对接赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道F F引引引引mgmg0 0FnFn重力、万有引力与向心力的关系重力、万有引力与向心力的关系F F引引引引mgmg0 0,FnFnF F引引引引N NF F引引引引N N重力、万有引力与支持力的关系重力、万有引力与支持力的关系轨道位置：轨道位置：以下那些轨道是可能的？以下那些轨道是可能的？与赤道共
6、面轨道与赤道共面轨道通过两极点上空轨道通过两极点上空轨道与赤道成某一角度的圆轨道与赤道成某一角度的圆轨道与某一纬度重合的轨道与某一纬度重合的轨道与某一经度重合的轨道与某一经度重合的轨道重力重力=万有引力万有引力=向心力向心力 地球同步卫星，是相对于地面静止，即与地球地球同步卫星，是相对于地面静止，即与地球自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫星。自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫星。思考：思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？地球同步卫星地球同步卫星F向向=F引引F向向F引F引引地球同步卫星地球同步卫星定平面定平面：轨道平面一定在赤道平面内：轨道平面一定在赤
7、道平面内定位置定位置：在赤道正上方相对地面静止：在赤道正上方相对地面静止定周期定周期：运动周期等于地球自转的周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=86400s定轨道定轨道：轨道离地高度：轨道离地高度h=36000km定速度定速度：线速度大小：线速度大小v=3.08km/s三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道 大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有通讯卫星只能有120120颗。可见空间位置也是一种资源。颗。可见空间位置也是一种资源。h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh
8、=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球近地卫星、近地卫星、同步卫星、同步卫星、月球三者比较月球三者比较h0R=6.4x106mT=24hh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较赤道上的物体赤道上的物体人造地球卫星：人造地球卫星：人造地球卫星：人造地球卫星：两极的物体：两极的物体：两极的物体：
9、两极的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：赤道上的物体：近地卫星：近地卫星：近地卫星：近地卫星：地球表面的物体地球表面的物体地球表面的物体地球表面的物体（与地球具有相同的（与地球具有相同的（与地球具有相同的（与地球具有相同的）即：即：即：即：即：即：即：即：解：若利用解：若利用“第一宇宙速度第一宇宙速度”估算估算 设设“光子光子”的质量为的质量为m m，由于光不能从太阳射出，由于光不能从太阳射出,设设“光子光子”恰好绕太阳恰好绕太阳(黑洞黑洞)作近地匀速圆周运动作近地匀速圆周运动,黑黑 洞洞例例:已知太阳的质量已知太阳的质量M=2.010M=2.0103030kgkg，光的速度，光
10、的速度c=3.010c=3.0108 8m/sm/s，试估算太阳如果演变成了黑洞，试估算太阳如果演变成了黑洞，它的半径将变成多少？它的半径将变成多少？解：若利用解：若利用“第二宇宙速度第二宇宙速度”估算估算 黑黑 洞洞例例:已知太阳的质量已知太阳的质量M=2.010M=2.0103030kgkg，光的速度，光的速度c=3.010c=3.0108 8m/sm/s，试估算太阳如果演变成了黑洞，试估算太阳如果演变成了黑洞，它的半径将变成多少？它的半径将变成多少？太阳半径：太阳半径：7105 km 设某种原因地球自转的加快，当角速度等于设某种原因地球自转的加快，当角速度等于多少时，赤道上物体的重力为零
11、？多少时，赤道上物体的重力为零？解：万有引力全部提供自转向心力解：万有引力全部提供自转向心力重力的变化重力的变化双双 星星 系系 统统 在天体运动中，把两颗相距很近在天体运动中，把两颗相距很近的恒星称为双星，这两颗星必须各自的恒星称为双星，这两颗星必须各自以一定的速率绕某一中心转动才不至以一定的速率绕某一中心转动才不至于由于万有引力而吸在一起。已知两于由于万有引力而吸在一起。已知两恒星的质量分别为恒星的质量分别为M1和和M2两恒星距两恒星距离为离为L L。求：。求：(1)(1)两恒星转动中心的位两恒星转动中心的位置；置；(2)(2)转动的角速度。转动的角速度。L LM M1 1M M2 2r r1 1L-rL-r1 1解解：如如图图，两两颗颗恒恒星星分分别别以以转转动动中中心心O作作匀匀速速圆圆周周运运动动，角角速速度度相相同同，设设M1的的转转动动半半径径为为r1，M2的的转转动动半半径径为为r2=L-r1；它它们们之之间间的的万万有引力是各自的向心力。有引力是各自的向心力。由后两式相等解得得由后两式相等解得得由前两式相等解得得由前两式相等解得得三三 星星 系系 统统mmmOmmm