人造卫星、宇宙速度-教科版课件.ppt

3.4 人造卫星 宇宙速度,第三章 万有引力定律,知识回顾：,1.万有引力定律的表达式？2.行星运动向心力的来源？3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？,嫦娥奔月,外国人的飞天梦,古人的梦想,在14世纪中国明代，有一位叫万户的军中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。,万户飞天,万户飞天,地球,太阳,恒星,行星,认识卫星,月亮,人造卫星,卫星,人造卫星,1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元我国在1970年4月20日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类,300年前牛顿的猜想,牛顿的手稿,思考讨论1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?,一、人造卫星的发射原理,齐奥尔科夫斯基,前苏联发射的第一颗人造地球卫星,“东方红一号”中国第一颗人造地球卫星,“宇宙航行之父”,各种各样的卫星,返回,一、理性的思维过程,地球,高山,从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，当速度足够大时，物体就将永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转成为一颗地球运动的人造地球卫星。,人造卫星的发射过程：,1、在实验室组装飞船,飞船分为轨道实验仓、返回仓、动力仓三部分,2、将飞船装入运载火箭,3、飞船从总装系统移向发射塔,4、飞船进入发生勤务塔,5、发射升空,神六的发射视频,1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。,1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。,1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。,梦想成真，展望未来,1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空,我国的航天成就,2003年10月15日神舟五号杨利伟,嫦娥工程,2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。,截止2016年4月北斗卫星发射完成60%,西昌卫星发射中心,风雪中领命出征,四川科技馆,一、卫星的轨道,赤道轨道,极地轨道,倾斜轨道,同步轨道,自转轴,卫星的轨道,卫星的轨道,卫星轨道特点：所有卫星的轨道都必须以地心为轨道圆心或焦点。,温馨提示：请做笔记！,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,重力=万有引力=向心力,卫星运行规律,r,M,m,假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。,讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角速度w、周期T分别怎么变化？,=,（1）,（4）,（2）,（3）,r越大，有：v越小，a越小，w越小，T越大。,理想模型圆形轨道,对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出,这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。,.第一宇宙速度（环绕速度）,二、宇宙速度,人造卫星的发射速度与运行速度,1、发射速度是指被发射物在地面附近离开发射 装置时的速度,并且一旦发射就再也没有补充能量,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,进入运行轨道.因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功消耗动能,所以卫星越高,发射速度越大,2、运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度,根据 可知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小,近地卫星可认为v发=v运,其它较高卫星的v发v运.,故:,第一宇宙速度v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度，近地卫星的最大环绕速度.,温馨提示：请做笔记！,如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。,当物体的速度(发射速度)大于或等于11.2km/s时，卫星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。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。,2.第二宇宙速度（脱离速度）,卫星挣脱地球束缚的最小发射速度,达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力,如果物体的(发射速度)速度等于或大于16.7km/s，物体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。,3.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,三个宇宙速度,V=16.7km/s,地球,11.2km/sv7.9km/s,赤道轨道,极地轨道,倾斜轨道,同步轨道,自转轴,卫星的轨道,同步卫星图片,三、地球同步卫星（P54发展空间）,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,概念：所谓地球同步卫星是指与地球自转同步,相对于地面静止的人造卫星.,温馨提示：请做笔记！,1、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星2、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。,想一想:哪一个是同步卫星？,通讯卫星,高度相同,在赤道上方,三颗同步卫星可以覆盖全球,h0R=6.4x106mT=24h,同步卫星,近地卫星,地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较,赤道上的物体,月球,500千米以下的航天器,计算时轨道半径可近似取地球半径,温馨提示：请做笔记！,1、已知地表的重力加速度g，地球半径R，地球自转周期T，求同步卫星距地面的高度？,2、同步卫星质量m，离地面高h，地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转角速度；则同步卫星受地球的引力为：A、0 B、mgR2/(R+h)2C、m 3 R2g4D、以上结论都不正确,(B、C),3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做 宇宙膨胀说，这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小。根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比:()A、公转半径R 较大 B、公转周期T 较小 C、公转速率v 较大 D、公转角速度较小,BC,梦想的力量,当我充满自信地，朝着梦想的方向迈进,并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活,成功，会在不期然间忽然降临！,1、聪明出于勤奋，天才在于积累。2、三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。3、鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。4、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学如磨刀之石，不见其损，日有所亏。,