高一物理组高一物理组 王多峰王多峰1、科学卫星2、技术实验卫星3.应用卫星前置学习前置学习：n1.1.万有引力定律的表达式？万有引力定律的表达式？n2.2.行星运动向心力的来源？行星运动向心力的来源？n3.3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨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？迹将如何变化？ 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？问题：牛顿人造卫星原理图牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 牛顿的设想过程法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？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）一宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s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 n说明：说明：（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；星将落到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附近作匀速圆周运动； ( 3 ）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点 、第二宇宙速度、第二宇宙速度（脱离速度）（脱离速度）n这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度行的人造行星的最小发射速度n如如果果人人造造天天体体的的速速度度大大于于11.2km/s而而小小于于16.7km/s，则则它它的的运运行行轨轨道道相相对对于于太太阳阳将将是是椭椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点v2=11.2 km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度） n这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度n如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了v3=16.7 km/sV1=7.9Km/sV2=11.2Km/sV3=16.7Km/s探究问题二：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？abc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心（2）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？课堂练习： 已知地球的半径是已知地球的半径是6400km6400km，地球自转的周期，地球自转的周期24h24h，地球的，地球的质量质量5.895.8910102424kgkg，引力常量，引力常量=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 ，若要，若要发射一颗地球同步卫星，试求：发射一颗地球同步卫星，试求： （1 1）地球同步卫星的离地面高度）地球同步卫星的离地面高度h h （2 2）地球同步卫星的环绕速度）地球同步卫星的环绕速度v v结论： 地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。同步卫星的必须在赤道上空同步卫星的必须在赤道上空F向向= F引引F向向F引F引引 同步卫星的个数同步卫星的个数大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有步通讯卫星只能有120120颗。可见，空间位置也颗。可见，空间位置也是一种资源。是一种资源。 二、人造卫星的发射速度和运行速度 发射速度与运行速度是两个不同的概念发射速度与运行速度是两个不同的概念 （1 1）发发射射速速度度：指指被被发发射射物物在在地地面面附附近近离离开开发发射射装装置置时时的的初初速速度度，并并且且一一旦旦发发射射后后就就再再无无能能量量补补充充，被被发发射射物物仅仅依依靠靠自自己己的的初初动动能能克克服服地地球球引引力力上上升升一一定定的的高高度度，进入运动轨道进入运动轨道（2 2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星速圆周运动的线速度当卫星“贴着贴着”地面运行时，运地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度行速度等于第一宇宙速度 注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？思考：思考：（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？第一宇宙速度是最大速度还是最小的速度？探究问题三：提示：提示：同步卫星速度：同步卫星速度：V=9.67102m/s v1=7.9km/s第一宇宙速度是最小的发射速度第一宇宙速度是最小的发射速度, ,也是最大的环绕速度也是最大的环绕速度结论:思考：对于绕地球运动的人造卫星：思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1 1）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越 （2 2）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越（3 3）离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（4 4）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（5 5）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越小小大大小小小小小小能否发射一颗周期为能否发射一颗周期为80min80min的人造地球卫星？的人造地球卫星？ 课堂练习:小结：小结： 一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:二、三种宇宙速度： v1=7.9km/s（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s