人造卫星和宇宙速度ppt课件.ppt

“东方红一号”,侦察卫星,“风云一号”气象卫星,科学探测卫星,人造卫星和宇宙速度,牛顿人造地球卫星的设想图,平抛,洲际导弹,人造卫星,增大,发射一颗卫星最小的速度是多少？,万有引力提供向心力,一、应用：发射卫星,1.定义：人造地球卫星(近地卫星)在地面附近（因为hR）绕地球做匀速圆周运动的速度。,2.推导：,第一宇宙速度,R,r,h,轨道半径,1、第一宇宙速度（环绕速度）,v1=7.9km/s,v7.9km/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最小发射速度，也是最大的环绕速度，做第一宇宙速度。,卫星在不同轨道的环绕速度,r越大，v越小,最大的环绕速度，也叫第一宇宙速度,若有一天人类登上了火星，那么在火星表面发射人造卫星的最小发射速度又是多少呢？,思考1：,发射一颗地球卫星绕地球转一圈用时最短是多少？,思考2：,Tmin85分钟, T卫85分钟,1、设地球的质量不变,而地球半径增加为原来的2倍,那么从地球发射的第一宇宙速度的大小应为原来的 ( ) A. 倍 B. 倍 C. 倍 D. 2倍,B,由,问题与思考,要使卫星在离地面更远的轨道上运行，则需要更（ ）的发射速度，来到新轨道上的运行速度变（ ）。,大,小,1、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）,11.2km/sv7.9km/s,V1=7.9km/s,地球,M,发射速度,环绕速度,注意区分发射速度和环绕速度,2、关于宇宙速度，下列说法正确的（ ）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度,A,二、卫星的运行(圆周轨道),万有引力 = 向心力,重力近似 =万有引力,基本方程,辅助方程,A,B,C,v1=7.9km/s,轨道半径增大时加速度、线速度、角速度均减小 ，周期变长,水星-金星-地球-火星-木星-土星-天王星-海王星,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（ ）,A.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C.所有卫星的角速度相同，与半径无关D.所有卫星的速率均相同，与半径无关,3、,B,4、火星有两颗卫星分别是火卫一和火卫二它们的轨道近似为圆.已知火卫一的周期为7小时39分.火卫二的周期为30小时18分则两颗卫星相比 （ ）A.火卫一距火星表面较近 B.火卫二的角速度较大 C.火卫一的运动速度较大 D.火卫二的向心加速度较大,A C,5、(双选，2011 年汕头质检)如图 323 所示，T 代表“天宫一号”飞行器，S 代表“神舟八号”飞船，它们都绕地球做匀速圆周运动，其轨道如图中所示，则( ）,A,图 323,A.T 的周期大于 S 的周期B.T 的线速度大于 S 的线速度C.T 的向心加速度大于 S 的向心加速度,三、两种最常见的卫星,（一）近地卫星 轨道半径近似地可认为等于地球半径，速率v=7.9km/s，周期T=85min。在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大，周期最短。神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为345 km，线速度约7.6km/s，周期约90min。,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。,思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？,（二）、地球同步卫星,定平面,定周期,定位置,（二）、地球同步卫星,定轨道,代入数据解得：V=3.08km/s,定速度,试中M、R分别为地球的质量和半径，h为卫星离地面的高度,（二）、地球同步卫星,定平面：轨道平面一定在赤道平面内定位置：在赤道正上方相对地面静止定周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=86400s定轨道：轨道离地高度h=36000km定速度：线速度大小v=3.08km/s,人造卫星的轨道,注意：卫星的轨道平面必须通过地心,极地卫星,一般轨道卫星,通讯卫星（同步卫星）,赤道卫星,三颗同步卫星反射信号可以覆盖全球,大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是一种资源。,h0R=6.4x106mT=24h,同步卫星,近地卫星,（三）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,6通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是 A、所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内 B、所有的地球同步卫星的质量都相等 C、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的角速度都相等 D、所有的地球同步卫星离地心的距离都相等,ACD,6关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）A.它的运行速度小于7.9km/sB.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的,ACD,7、若A是赤道上随地球自转的物体、B是赤道上空的近地卫星、C是地球同步卫星，它们的运动都可视为匀速圆周运动，以下是对A、B、C三个物体的运动中的物理量的大小关系的判断，其中正确的是( )A三者周期的大小关系为TATBTCB三者向心加速度的大小关系为aAaBaCC三者角速度的大小关系为ACBD三者线速度的大小关系为vAvCvB,D,人造卫星的应用,科学探测卫星,技术实验卫星,快速侦测卫星,人造卫星的应用,资源卫星,通信卫星,四、人造卫星的应用和轨道,各种各样的卫星,西昌卫星发射中心,酒泉卫星发射基地,太原卫星发射中心,人造卫星的轨道,注意：卫星的轨道平面必须通过地心,倾斜轨道,赤道轨道,极地轨道,同步轨道,轨道位置：以下那些轨道是可能的？与赤道共面轨道通过两极点上空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经度重合的轨道,重力=万有引力=向心力,神五发射,卫星发射的轨迹,五、人造地球卫星变轨专题,二、人造卫星的超重和失重,一.卫星的变轨问题：,变轨过程在各点的（1）速率v大小关系（2）加速度a大小关系问题,F合=,供需平衡 物体做匀速圆周运动,复习：向心力公式的理解,F向=,从供需两方面研究卫星变轨问题,F引=,一.卫星的变轨问题：,圆周运动,向心运动,离心运动,低轨向高轨,高轨向低轨,发射同步卫星时，（1）通常先将卫星发送到近地轨道，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1（2）第一次在P点点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道；（3）卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道，绕地球做匀速圆周运动。,发射同步卫星,v2v1,v4v3,v1v4,v2v1v4v3,v2v3,点火加速：,在椭圆轨道上运行:,第一次变轨(P点)：,第二次变轨（Q点）：,点火加速：,在圆轨道上稳定运行：,P,Q,v4,（1）v1、v2、v3、v4大小关系？,1、速率v大小关系,2、加速度大小关系呢？,P,Q,v4,（1）分别以圆轨道、椭圆轨道运行经过P点时加速度大小关系（以v1、v2经过P点时的加速度大小关系）,经过P点时，万有引力全部提供向心力，所以以圆轨道、椭圆轨道运行经过P点时加速度一样,3、低轨与高轨的互变：,P点近地点,加速,椭圆,减速,Q点远地点,圆,减速,加速,圆,低轨变高轨：,向后喷 气、加速，最终v低v高,高轨变低轨：,向前喷气、减速，最终v低v高,3、低轨与高轨的互变：,1、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，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Q点，轨道2、3相切P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：A在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C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分别在轨道2、3上运行经过P点时的加速度相等,BD,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,D,3、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是：,A. 飞船加速直到追上空间站，完成对接B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C. 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D. 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接,B,V1 v2 1 2T1 T2 a1 a2F1 F2不确定,4、甲乙两颗卫星在不同轨道上绕地球作圆周运动轨道半径分别是R1、R2，且R1R2，确定两颗卫星的运转速度v1、v2，角速度1、2，周期T1、T2，向心加速度a1、a2，向心力F1、F2的大小关系。,二、人造卫星的超重和失重,1、发射和回收阶段,发射,加速上升,超重,回收,减速下降,超重,2、沿圆轨道正常运行,只受重力,a = g,完全失重,与重力有关的现象全部消失,天平,弹簧秤测重力,液体压强计,5、宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的航天飞机中，处于完全失重状态，则下列说法中正确的是（ ）A宇航员不受重力作用B宇航员受到平衡力的作用C宇航员只受重力的作用D宇航员所受的重力产生向心加速度,CD,万有引力定律的应用,(2)“天上”： 万有引力提供向心力,（1）“人间”：万有引力近似等于重力,