5 5 宇宙航行宇宙航行一、人造卫星的发射原理一、人造卫星的发射原理二、宇宙速度二、宇宙速度三、人造卫星的运动规律三、人造卫星的运动规律四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重五、地球同步卫星五、地球同步卫星5 5 宇宙航行宇宙航行一、牛顿设想：地面上的物体，怎一、牛顿设想：地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？样才能成为人造地球卫星呢？300多多年前，年前，牛顿提牛顿提出设想出设想设地球质量为设地球质量为M，半径为，半径为R。人造地球卫星。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度速度v如何推算如何推算？ 卫星离地心越远，它运行的速度越慢。卫星离地心越远，它运行的速度越慢。这就是人造地球卫星在地面附近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绕地球做匀速圆周运动所必须具有的有的最低发射速度最低发射速度，叫做，叫做第一宇第一宇宙速度宙速度。近地面的卫星的速度是多少呢？近地面的卫星的速度是多少呢？二、宇宙速度二、宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度： ( (环绕速度环绕速度） V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：( (脱离速度脱离速度) ) V2=11.2km/sV3=16.7km/s3 3、第三宇宙速度：（、第三宇宙速度：（逃逸速度逃逸速度）人造行星人造行星人造恒星人造恒星人造卫星人造卫星概念辨析概念辨析发射速度和运行速度发射速度和运行速度1、发射速度：、发射速度：是指被发射物在地面附近离开是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。发射装置时的速度。2、运行速度：、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。匀速圆周运动的速度。r v近地卫星近地卫星其它卫星其它卫星宇宙速度均指发射速度宇宙速度均指发射速度第一宇宙速度为在地面发射卫星的最第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度小速度，也是环绕地球运行的最大速度三、人造卫星的运动规律三、人造卫星的运动规律可见：可见：v v、T T 与与 r r 为为 一一 一对应一对应关系关系练习：练习： 求近地卫星求近地卫星的周期的周期我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为50min50min的卫星呢？的卫星呢？四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运行、沿圆轨道正常运行只受重力只受重力a = g完全失重完全失重与重力有关的现象全部消失与重力有关的现象全部消失天平天平弹簧秤测重力弹簧秤测重力液体压强计液体压强计五、地球同步卫星五、地球同步卫星1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地人造卫星，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：做匀速圆周运动，它的周期：T24h2、所有的同步卫星只能、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一分布在赤道上方的一个确定轨道上个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。对同步卫星：对同步卫星：其其r、 v、T 、g 均为均为 定值定值h练习：练习： 求同步卫星离地求同步卫星离地面高度面高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h h ？同步卫星 为了卫星之间不互相干扰，大为了卫星之间不互相干扰，大约约3左右才能放置左右才能放置1颗，这样地球颗，这样地球的同步卫星只能有的同步卫星只能有120颗。可见，颗。可见，空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。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近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较凡是人造卫星的问题都可从下列关凡是人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即系去列运动方程，即:重力重力=万有引力万有引力=向心力向心力2、两颗人造地球卫星质量之比、两颗人造地球卫星质量之比m1 m2=1 2,轨轨道半径之比道半径之比R1 R2=3 1，下列有关数据之比正确，下列有关数据之比正确的是的是( )A、周期之比、周期之比T1 T2=3 1 B、线速度之比、线速度之比v1 v2=3 1C、向心力之比、向心力之比F1 F2=1 9 D、向心加速度之比、向心加速度之比a1 a2=1 9例题分析例题分析1、人造地球卫星的轨道半径越大，则、人造地球卫星的轨道半径越大，则( )A、速度越小，周期越小、速度越小，周期越小B、速度越小，加速度越小、速度越小，加速度越小C、加速度越小、加速度越小,周期越大周期越大D、角速度越小、角速度越小,加速度越大加速度越大BCD1999年年5月月10日，我国成功地发射了日，我国成功地发射了“一箭双星一箭双星”，将，将“风云风云1号号”气象卫星和气象卫星和“实验实验5号号”科学科学实验卫星送入离地面实验卫星送入离地面870km的轨道，已知地球半的轨道，已知地球半径为径为6400km，这两颗卫星的运动速度约为，这两颗卫星的运动速度约为 A、11.2kms B、7.9kms C、7.4kmsD、2.1kmsC例题分析例题分析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近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较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在某星球表面上以在某星球表面上以v0竖直上抛一物体，经时竖直上抛一物体，经时间间t回到抛出点，问在此星球上至少以多大回到抛出点，问在此星球上至少以多大的速度水平抛出该物，才能是该物不再回到的速度水平抛出该物，才能是该物不再回到星球上？（设星球的半径为星球上？（设星球的半径为R）例题分析例题分析 竖直上抛竖直上抛近地运行近地运行抛体运动与万抛体运动与万有引力综合有引力综合 根据观察，在土星外层有一个环，为了判断环是土根据观察，在土星外层有一个环，为了判断环是土星的连续物还是小卫星群。可测出环中各层的线速星的连续物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度度V与该层到土星中心的距离与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列之间的关系。下列判断正确的是：判断正确的是：A、若、若V与与R成正比，则环为连续物；成正比，则环为连续物；B、若、若V2与与R成正比，则环为小卫星群；成正比，则环为小卫星群；C、若、若V与与R成反比，则环为连续物；成反比，则环为连续物；D、若、若V2与与R成反比，则环为小卫星群。成反比，则环为小卫星群。例题分析例题分析 AD同步卫星离地距离同步卫星离地距离r，运行速率为，运行速率为V1，加速度，加速度为为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为加速度为a2，第一宇宙速度为，第一宇宙速度为V2，地球半径，地球半径为为R，则，则A、 B、C、 D、例题分析例题分析 AD某人造卫星由于受到大气的阻力，做轨道逐某人造卫星由于受到大气的阻力，做轨道逐渐减小的螺旋线运动，设每时刻可以近似看渐减小的螺旋线运动，设每时刻可以近似看作是一个圆周运动（只是半径逐渐减小），作是一个圆周运动（只是半径逐渐减小），则卫星的则卫星的速率速率如何变化？如何变化？动能动能如何变化？如何变化？重力势能重力势能如何变化？如何变化？机械能机械能如何变化？如何变化？例题分析例题分析 卫星运动中的能卫星运动中的能量问题量问题（2）在神六逐渐向地球靠近的过程中，神六的）在神六逐渐向地球靠近的过程中，神六的 (A) 机械能逐渐减小机械能逐渐减小 (B) 动能逐渐减小动能逐渐减小 (C) 运行周期逐渐减小运行周期逐渐减小 (D) 加速度逐渐减小加速度逐渐减小 （1）神六在绕地球运行的过程中，由于高空稀薄）神六在绕地球运行的过程中，由于高空稀薄空气的阻力影响，将很缓慢地逐渐向地球靠近，神空气的阻力影响，将很缓慢地逐渐向地球靠近，神六将做类似于六将做类似于_（填（填“离心运动离心运动”“向心运动向心运动”“圆周运动圆周运动”） 神州六号的相关问题神州六号的相关问题有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，其运动方有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，其运动方向与地球的自转方向相同。轨道半径为向与地球的自转方向相同。轨道半径为2R（R为为地球半径）。地球自转的角速度为地球半径）。地球自转的角速度为0。若某时刻。若某时刻卫星经过赤道上某幢楼房的上空，那么卫星再次经卫星经过赤道上某幢楼房的上空，那么卫星再次经过这幢楼房的上空时，需经历的时间为（）过这幢楼房的上空时，需经历的时间为（）A. B. C. D. 练习练习卫星的追击问题卫星的追击问题A例题分析例题分析 解题思路：解题思路：求求r求求sin求求h求求S如图所示，如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上是在地球大气层外圆形轨道上运动的运动的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。例题分析例题分析D例题分析例题分析 卫星的变轨问题卫星的变轨问题点火点火改变改变v大小大小改变所需向心力改变所需向心力变轨原理：变轨原理：3、神六变轨、神六变轨 神六飞船入轨后先是在近地点神六飞船入轨后先是在近地点200公里，远地点公里，远地点350公里的椭圆公里的椭圆轨道上运行，运行轨道上运行，运行5圈时，然后变轨到距地面圈时，然后变轨到距地面343公里的圆形轨道。公里的圆形轨道。 10月月12日日15时时55分，北京航天飞控中心发出指令，启动神舟六分，北京航天飞控中心发出指令，启动神舟六号轨控发动机，从号轨控发动机，从15时时54分分45秒开始，发动机工作了秒开始，发动机工作了63秒，飞船秒，飞船的运动已接近圆形，变轨成功了！的运动已接近圆形，变轨成功了！QPv3比较比较v1、v2、v3的大小的大小?v1v2神州六号的相关问题神州六号的相关问题v1_v2v2_v3v1_v3v1v3v2在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机外表面，在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机外表面，有一隔热陶磁片自动脱落，则（）有一隔热陶磁片自动脱落，则（）A、陶磁片做平抛运动、陶磁片做平抛运动B、陶磁片做自由落体运动、陶磁片做自由落体运动C、陶磁片按原轨道做匀速圆周运动、陶磁片按原轨道做匀速圆周运动D、陶磁片做圆周运动，逐渐落后于航天飞机、陶磁片做圆周运动，逐渐落后于航天飞机C例题分析例题分析 若飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上若飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（轨道空间站（ ） A、可以从较低的轨道上加速、可以从较低的轨道上加速B、可以从较高的轨道上加速、可以从较高的轨道上加速C、可以从与空间站同一轨道上加速、可以从与空间站同一轨道上加速D、无论在什么轨道上，只要加速都行、无论在什么轨道上，只要加速都行例题分析例题分析A小小 结结：一、宇宙速度一、宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s 2、第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s 3、第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s二、同步卫星二、同步卫星 1、周期周期T=24h 2、卫星轨道平面与地球赤道平面重合卫星轨道平面与地球赤道平面重合