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1、宇宙(yzhu)航行第一页，共27页。思考思考(sko)与与讨论：讨论：人造卫星在地球表面做圆周运动的周期人造卫星在地球表面做圆周运动的周期(zhuq)最小值是多最小值是多少？少？=84.6min=84.6min或：或：思考思考(sko)(sko)：人造卫星的周期能否为：人造卫星的周期能否为2424小小时？时？第二页，共27页。1、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止(jngzh)的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：同步地做匀速圆周运动，它的周期：T24h任务任务(rn wu)二、地球同步卫星
2、相关知识整理二、地球同步卫星相关知识整理第三页，共27页。2、所有、所有(suyu)的的同步卫星只能分布同步卫星只能分布在赤道上方的一个在赤道上方的一个确定轨道上确定轨道上，即，即同步卫星轨道平面同步卫星轨道平面与地球赤道平面重与地球赤道平面重合。合。思考：地球思考：地球(dqi)同步卫同步卫星轨道面的位置？星轨道面的位置？思考思考(sko)：地球同步卫星的线速度，角速度，：地球同步卫星的线速度，角速度，向心加速度，高度的值有什么特点？向心加速度，高度的值有什么特点？第四页，共27页。3、计算、计算(j sun)同步卫同步卫星高度星高度由万有引力由万有引力(wn yu ynl)提供向心力提供向
3、心力同步通讯卫星轨道(gudo)半径：第五页，共27页。4 4、同步卫星的线速度、同步卫星的线速度解：由万有引力解：由万有引力(wn yu ynl)提供向心力提供向心力 故故 将地球质量将地球质量M及轨道半径及轨道半径r代入，可得同步代入，可得同步(tngb)通讯卫星的速率通讯卫星的速率由此解出由此解出第六页，共27页。5、关于地球同步卫星的六个、关于地球同步卫星的六个“一定一定”轨道平面轨道平面(pngmin)一定：轨道平面一定：轨道平面(pngmin)与与共面共面周期一定：与地球自转周期周期一定：与地球自转周期，即，即T24 h.角速度一定：与地球自转的角速度角速度一定：与地球自转的角速度
4、 。赤道赤道(chdo)平面平面相同相同(xin tn)相同相同与地球自转方向相同即与地球自转方向相同即自西向东运动自西向东运动。运行方向：运行方向：向心加速度一定：向心加速度一定：an=第七页，共27页。卫星卫星(wixng)变变轨问题轨问题第八页，共27页。VF引F引引F向向F引引F向向卫星卫星(wixng)变轨原变轨原理理MmA点速度点速度(sd)内小外大（在内小外大（在A点看轨迹）点看轨迹）在在A点万有引力点万有引力(wn yu ynl)相同相同A第九页，共27页。思考：人造卫星思考：人造卫星(rnzowixng)在低轨道上运行，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？
5、要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？在低轨道上加速在低轨道上加速(ji s)，使其，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速道的远点处时再次加速(ji s)，即可使其沿高轨道运行。，即可使其沿高轨道运行。卫星卫星(wixng)变轨原变轨原理理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力万有引力相同相同速度速度内小外大内小外大（切点看轨迹）（切点看轨迹）2 2、卫星在椭圆轨道运行、卫星在椭圆轨道运行近地点近地点-速度速度大大，动能大，动能大远地点远地点-速度速度小小，动能小，动能小第十页，共27页。vF引引引引12R卫星在圆轨卫星在圆轨道运行
6、道运行(ynxng)速速度度V1V2900减小减小卫星变轨卫星变轨(bin u)原原理理第十一页，共27页。v3F引引引引L卫星变轨卫星变轨(bin u)原原理理第十三页，共27页。使使卫卫星星进进入入(jnr)更更高高轨轨道道做做圆圆周周运运动动v3 3v4 4第十四页，共27页。卫卫星星(wixng)的的回回收收第十五页，共27页。第十六页，共27页。1 1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道轨道1 1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道2 2运行；最后再次点火运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道将其送入同步圆
7、轨道3 3。轨道。轨道1 1、2 2相切于相切于P P点，点，2 2、3 3相切于相切于Q Q点。当卫星分别在点。当卫星分别在1 1、2 2、3 3上正常运行时，以下说法正确上正常运行时，以下说法正确的是（的是（）A A、在轨道、在轨道3 3上的速率大上的速率大 于于1 1上的速率上的速率 B B、在轨道、在轨道3 3上的角速度上的角速度 小于小于1 1上的角速度上的角速度 C C、在轨道、在轨道2 2上经过上经过(jnggu)Q(jnggu)Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3 3上经过上经过(jnggu)Q(jnggu)Q点时的速率点时的速率 D D、在轨道、在轨道1 1上经过上
8、经过(jnggu)P(jnggu)P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2 2上上 经过经过(jnggu)P(jnggu)P点时的加速度点时的加速度 QQP P231BD第十七页，共27页。例2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到(dngdo)同一轨道上的c Da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地球acbD第十八页，共27页。2 2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发
9、、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为射至距地面高度为h1h1的近地轨道的近地轨道上在卫星经过上在卫星经过(jnggu)A(jnggu)A点时点火实施变轨，进入远地点为点时点火实施变轨，进入远地点为B B的椭圆轨道的椭圆轨道上，最后在上，最后在B B点再次点火，将卫星送入同步轨道点再次点火，将卫星送入同步轨道.已知地球已知地球表面重力加速度为表面重力加速度为g g，地球自转周期为，地球自转周期为T T，地球的半径为，地球的半径为R R求：求：（1 1）近地轨道）近地轨道上的速度大小上的速度大小(dxio)(dxio)；（2 2）远地点）远地点B B距地面的高度。距
10、地面的高度。第十九页，共27页。解：解：第二十页，共27页。“嫦娥奔月嫦娥奔月(chn bn yu)”图图第二十一页，共27页。理性探究理性探究 发射发射(fsh)、变、变轨、运行轨、运行第二十二页，共27页。2.2007 2.2007年年1010月月2424日日“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距
11、月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示（，如图所示（）A.“A.“嫦娥一号嫦娥一号”由由到到需加速、由需加速、由到到需减速需减速 B.B.发射发射“嫦娥一号嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度的速度必须达到第三宇宙速度 C.C.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关卫星周期与卫星质量有关 D.D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方(png
12、fng)(pngfng)成反比成反比 E.E.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力卫星受地球的引力大于受月球的引力近近地地变变轨轨轨道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射(fsh)D第二十三页，共27页。3.2007 3.2007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次地轨道。在绕地运行时，要经过三次(sn c)(sn c)近地变轨：近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道
13、。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次点时，再经三次(sn c)(sn c)变轨：变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示。，如图所示。若月球半径为若月球半径为R R，试写出月球表面重力加速度的表达式。，试写出月球表面重力加速度的表达式。近近地地变变轨轨轨道修正轨道修正转移轨道转移轨道发射发射(fsh)第二十四页，共27页。对接对接(du ji)(du ji)问题：宇宙飞船与空间问题：宇宙飞船与空间站的对接站
14、的对接(du ji)(du ji)空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何那么，地球上的人如何(rh)到达空间站，到达空间站，空间站上的人又如何空间站上的人又如何(rh)返回地面？这些返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。一个宇宙飞船与空间站对接的问题。思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道轨道(gudo)上，再通过加速去追上空间站实现上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？对接呢？不行，因为飞船加速后做离心运动
15、会偏离原来的圆不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。轨道而无法与空间站对接。第二十五页，共27页。飞船首先在比空间站低的轨道飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。再加速运行到一个椭圆轨道。通过控制轨道使飞船跟空间站通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时恰好同时(tngsh)(tngsh)运行到两运行到两轨道的相切点，此时飞船适当轨道的相切点，此时飞船适当减速，便可实现对接，如图示。减速，便可实现对接，如图示。空间站空间站空间站空间站飞船飞船(fi chun)对接对接(du ji)(du ji)方法：方法
16、：第二十六页，共27页。例：在太空中有两飞行器例：在太空中有两飞行器a a、b b，它们在绕地球，它们在绕地球(dqi)(dqi)的同一圆形轨道上同向运行，的同一圆形轨道上同向运行，a a在前在前b b在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想的发动机，现要想b b 尽快追上尽快追上a a 并完成对接，并完成对接，b b应采取的措施是（应采取的措施是（）A A、沿运动方向喷气、沿运动方向喷气 B B、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气C C、沿运动反方向喷气、沿运动反方向喷气 D D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气B第二十七页，共27页。