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1、4、人造卫星、人造卫星 宇宙速度宇宙速度从远古时代起人们就想象着从远古时代起人们就想象着飞向太空，奔向月球，那么飞向太空，奔向月球，那么怎样才能实现这一伟大梦想怎样才能实现这一伟大梦想呢？呢？嫦嫦娥娥奔奔月月 敦煌飞天的壁画敦煌飞天的壁画 宇宙航行宇宙航行 地面上的物体，怎样才能成为人造地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？地球卫星呢？抛出的石头会落地，为什么卫星、抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？落下来必须具备什么条件？问题：问题：牛顿人造卫星原理图牛顿人造卫星原理图抛出的速度抛出的速度v越大时，落地点越远，越大
2、时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果速度不断增大，将会出现什么结果？一一 牛顿的设想牛顿的设想牛顿的设想过程法一：法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力万有引力提供物体作圆周运动的向心力法二：法二：重力提供物体作圆周运动的向心力重力提供物体作圆周运动的向心力探究问题一：探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？运动，不会落下来？(已知已知=6.6710-11Nm2/kg2,地球质量地球质量M=5.891024kg,地球半径地球半径R=6400km)（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）
3、二、宇宙速度 1 1、第一宇宙速度、第一宇宙速度 v v1 1=7.9km/s=7.9km/sn说明：说明：（）第一宇宙速度是（）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度发射卫星的最小速度，发射，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面（）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；附近作匀速圆周运动；(环绕速度）环绕速度）它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度所必须具备的速度 （3 3）如果卫星发射速度大于）如果卫星发射速度大于7.9km/
4、s，而小于而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行卫星将沿椭圆轨道绕地球运行、第二宇宙速度、第二宇宙速度 （脱离速度脱离速度）v2=11.2 km/s 当物体的发射速度等于或大于当物体的发射速度等于或大于11.2km/s11.2km/s时，它就会脱时，它就会脱离地球引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星。离地球引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星。3 3、第三宇宙速度（、第三宇宙速度（逃逸速度逃逸速度）如如果果人人造造天天体体具具有有这这样样的的速速度度，就就可可以以摆摆脱脱地地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/s注意：注意：
5、这三个这三个“宇宙速度宇宙速度”的的物理意义是什么物理意义是什么？7.9km/sv11.2km/sv0BACv1第一宇宙速度：卫星第一宇宙速度：卫星刚好能在地表附近作圆周运刚好能在地表附近作圆周运动动最小发射速度最小发射速度v2 第二宇宙速度：卫星第二宇宙速度：卫星挣脱地球引力束缚挣脱地球引力束缚最小发射最小发射速度速度v3 第三宇宙速度：卫星第三宇宙速度：卫星挣脱挣脱太阳太阳引力束缚引力束缚最小发射最小发射速度速度v1=7.9km/s第一宇宙速度第一宇宙速度v2=11.2km/s第二宇宙速度第二宇宙速度v3=16.7km/s第三宇宙速度第三宇宙速度向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个向高轨
6、道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 运行速度运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度发射速度发射速度 指被发射物体离开地面时的速度指被发射物体离开地面时的速度V1=7.9km/s（第一宇宙速度）（第一宇宙速度）最小发射速度最小发射速度最大运行速度最大运行速度人造卫星的人造卫星的r r大大,需要的需要的v v发射发射大；而大；而v v
7、运行运行却小却小地球地球三、人造地球卫星三、人造地球卫星1.轨道中心轨道中心 地心地心2._ 提供向心力提供向心力万有引力万有引力线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：2MmGr小结：小结：当半径当半径r越越大时，大时，v、w、a越小，而越小，而T越大。越大。3、4：求近地卫星的周期我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？思考与讨论、如图所示，思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？一条？三、地球同步卫星三、地球同步卫星1.周期周期 T=_24h2.轨道平面轨道平面_赤道平
8、面赤道平面4.4.r r、v v、T T、a a _ 3.h=_36000km“全部固定全部固定”（如何求？）【说明说明】1.1.为为为为了了了了同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星之之之之间间间间不不不不互互互互相相相相干干干干扰扰扰扰，大大大大约约约约33左左左左右右右右才才才才能能能能放放放放置置置置1 1颗颗颗颗，这这这这样样样样地地地地球球球球的的的的同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星只只只只能能能能有有有有120120颗颗颗颗。可可可可见见见见，空空空空间间间间位置也是一种资源。位置也是一种资源。位置也是一种资源。位置也是一种资源。2.2.同同同同步步步步卫卫卫卫星星星星主主主主要要要要
9、用用用用于于于于通通通通讯讯讯讯。要要要要实实实实现现现现全全全全球球球球通通通通讯讯讯讯，只只只只需需需需三三三三颗颗颗颗同步卫星即可。同步卫星即可。同步卫星即可。同步卫星即可。h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=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三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较三、近地卫星、同步卫星、月球三者比较梦想成真：梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想谁为人类迈向太空提供科学思想19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进世纪中叶俄
10、罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年年10月月4日苏联日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年年4月月12日日 苏联苏联 加加林加加林 东方一号载人飞船东方一号载人飞船人类何时登上月球人类何时登上月球1969年年7月月16日日9时时32分，美国分，美国 阿波罗阿波罗11号升空，号升空，19日进入月球轨日进入月球轨道，道，20日下午日下午4时时17分着陆，分着陆，10时时56分阿姆斯特朗踏上月面分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，对个
11、人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃却是巨大飞跃中国航天事业中国航天事业19921992年载人航天工程正式启动年载人航天工程正式启动20032003年年1010月月1515日日9 9时，神州时，神州5 5号宇宙号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行第一位航天员杨利伟送入太空绕行1414圈，圈，1010月月1616日日6 6时时2323分降落在内蒙分降落在内蒙古主着陆场古主着陆场中国成为世界上第三个独立开展载中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家人航天活动的国家神舟六号神舟六号发射升空发射升空宇航员聂海胜太空中拍
12、照片宇航员聂海胜太空中拍照片费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜空地通话空地通话两位两位宇航员凯旋归来宇航员凯旋归来一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之迷！让我们为祖国的强盛而骄傲！【答案答案答案答案】D D课堂练习课堂练习1.1.人造卫星的天线偶然折断，天线将做：人造卫星的天线偶然折断，天线将做：人造卫星的天线偶然折断，天线将做：人造卫星的天线偶然折断，天线将做：A.A.自由落体运动自由落体运动自由落体运动自由落体运动 B.B.平抛运动平抛运动平抛运动平抛运动 C.C.远离地球飞向太空远离地球飞向太空远离地球飞向太空远离地球飞向太空 D.D.继续和卫星一起沿轨道运转继续和卫星一起沿轨道运转继续和卫星
13、一起沿轨道运转继续和卫星一起沿轨道运转 2.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是：下列说法正确的是：A.半径越大，速率越大，周期越小半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.卫星处于完全失重状态卫星处于完全失重状态课堂练习课堂练习【答案答案答案答案】BDBD3.3.金星的半径是地球的金星的半径是地球的金星的半径是地球的金星的半径是地球的0.950.95倍，质量为地球的倍，质量为地球的倍，质量为地球的倍，质量为地球的0.8
14、20.82倍，金星的倍，金星的倍，金星的倍，金星的第一宇宙速度是多大第一宇宙速度是多大第一宇宙速度是多大第一宇宙速度是多大?解：设地球半径为解：设地球半径为解：设地球半径为解：设地球半径为R R1 1，金星的半径为，金星的半径为，金星的半径为，金星的半径为R R2 2=0.95=0.95R R1 1，地球质量为，地球质量为，地球质量为，地球质量为MM1 1，金星质量，金星质量，金星质量，金星质量MM2 2=0.820.82MM1 1，地球的第一宇宙速度为，地球的第一宇宙速度为，地球的第一宇宙速度为，地球的第一宇宙速度为v v1 1=7.9=7.9km/skm/s。金星的第一宇宙速度为金星的第一
15、宇宙速度为金星的第一宇宙速度为金星的第一宇宙速度为v v2 2，则：，则：，则：，则：4 4、关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（、关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（、关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（、关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（）A.A.它是人造卫星绕地球飞行的最小速度它是人造卫星绕地球飞行的最小速度它是人造卫星绕地球飞行的最小速度它是人造卫星绕地球飞行的最小速度 B.B.它是近地圆周轨道上人造卫星的运行速度它是近地圆周轨道上人造卫星的运行速度它是近地圆周轨道上人造卫星的运行速度它是近地圆周轨道上人造卫星的运行速度 C.C.它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度它是卫
16、星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度 D.D.它又叫环绕速度，即绕地球做圆轨道运行的卫星的它又叫环绕速度，即绕地球做圆轨道运行的卫星的它又叫环绕速度，即绕地球做圆轨道运行的卫星的它又叫环绕速度，即绕地球做圆轨道运行的卫星的速度都是第一宇宙速度速度都是第一宇宙速度速度都是第一宇宙速度速度都是第一宇宙速度B B5 5、关于地球同步通讯卫星，下列说法中、关于地球同步通讯卫星，下列说法中、关于地球同步通讯卫星，下列说法中、关于地球同步通讯卫星，下列说法中不正确不正确不正确不正确的是的是的是的是（）A.A.它一定在赤道上空运行
17、它一定在赤道上空运行它一定在赤道上空运行它一定在赤道上空运行 B.B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样各国发射的这种卫星轨道半径都一样各国发射的这种卫星轨道半径都一样各国发射的这种卫星轨道半径都一样 C.C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度它运行的线速度一定小于第一宇宙速度它运行的线速度一定小于第一宇宙速度它运行的线速度一定小于第一宇宙速度 D.D.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间D D6、如图所示，、如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨是在地球大气层外圆形轨道上运动的道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是颗卫星，下列说法正确的是（）A、b、c的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于a的线速度；的线速度；B、b、c的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于a的向心的向心 加速度；加速度；C、c加速可追上同一轨道加速可追上同一轨道 上的上的b，b减速可等候减速可等候 同一轨道上的同一轨道上的c；D、a卫星由于某原因，轨卫星由于某原因，轨 道半径缓慢减小，其线道半径缓慢减小，其线 速度将增大。速度将增大。D