高中物理-衛(wèi)星變軌問題

1、2、衛(wèi)星、衛(wèi)星“變軌變軌” 問題問題1、衛(wèi)星、衛(wèi)星“比較比較”問題問題專題萬有引力定律的應(yīng)用專題萬有引力定律的應(yīng)用計(jì)算中心天體的質(zhì)量計(jì)算中心天體的質(zhì)量M M、密度、密度（當(dāng)衛(wèi)星在天體表（當(dāng)衛(wèi)星在天體表面上飛行？）面上飛行？）2324GTrM3233RGTrVM（1）某星體m圍繞中心天體M做圓周運(yùn)動的周期為T，圓周運(yùn)動的軌道半徑為r （3）中心天體密度2MmmgGRGgRM2（2）已知中心天體的半徑R和表面gRGgVM43地球地球 兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運(yùn)行，兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運(yùn)行，它們的質(zhì)量相等，軌道半徑不同它們的質(zhì)量相等，軌道半徑不同,比較它們的向心比較它們的向心加速

2、度加速度an、線速度、線速度 、角速度、角速度 、周期、周期T。 2衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律0v 若拋出物體的水平初速度足夠大若拋出物體的水平初速度足夠大, ,物體物體將會怎樣將會怎樣? ?英國科學(xué)家牛頓英國科學(xué)家牛頓(1643-1727) 在在1687年出版的年出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中，中，牛頓設(shè)想拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面。牛頓設(shè)想拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面。 一、牛頓的設(shè)想一、牛頓的設(shè)想 1、牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪、牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪 方法一：衛(wèi)星做圓周運(yùn)動，由萬有引方法一：衛(wèi)星做圓周運(yùn)動，由萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得

3、力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得22MmvGmrr112466.67 105.89 10m/s7.9km/s6.37 10GMvr思考：這個思考：這個“足夠大的速度足夠大的速度”應(yīng)該有多大呢？應(yīng)該有多大呢？方法二：由于衛(wèi)星在地球附近環(huán)繞時，方法二：由于衛(wèi)星在地球附近環(huán)繞時，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力可看作由重力衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力可看作由重力提供，根據(jù)牛頓第二定律得提供，根據(jù)牛頓第二定律得 66.37 10 9.8m/s 7.9km/svgR2vm gmR思考：這個思考：這個“足夠大的速度足夠大的速度”應(yīng)該有多大呢？應(yīng)該有多大呢？宇宙速度宇宙速度一、宇宙速度一、宇宙速度 物體物體在地面附近在地面

4、附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最小發(fā)射速度（最大環(huán)繞速度），叫做小發(fā)射速度（最大環(huán)繞速度），叫做第一宇宙第一宇宙速度速度。環(huán)繞速度環(huán)繞速度脫離速度脫離速度 當(dāng)物體的速度等于或大當(dāng)物體的速度等于或大16.7km/s16.7km/s時，物體可以掙時，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我們把們把16.7km/s16.7km/s叫做叫做第三宇宙速度。第三宇宙速度。逃逸速度逃逸速度宇宙速度宇宙速度 當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s時，它時，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。

5、我們把就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11.2km/s11.2km/s叫做叫做第二宇宙速度。第二宇宙速度。宇宙速度宇宙速度V=7.9km/s11.2km/sV7.9km/s1、第一宇宙速度（、第一宇宙速度（環(huán)繞速度環(huán)繞速度）：）：v =7.9千米千米/秒秒（地球衛(wèi)星最大的繞行速度，地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度）（地球衛(wèi)星最大的繞行速度，地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度）22MmvmgGmRR vgR RGMv 對于其他的星球以上三個宇宙速度是否變化呢？變化，不同星球的宇宙速度一般是不一樣的例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是7.3km/s 極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星 (1)極地衛(wèi)星運(yùn)行

6、時每圈都經(jīng)過南北兩極，由于地球自轉(zhuǎn)，極地衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋 (2)近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地球的半徑，其運(yùn)行線速度約為7.9 km/s. (3)兩種衛(wèi)星的軌道平面一定通過地球的球心人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心上上按軌道分類按軌道分類: :極地衛(wèi)星極地衛(wèi)星; ;赤道衛(wèi)星赤道衛(wèi)星; ;其他衛(wèi)星其他衛(wèi)星v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4結(jié)果結(jié)果：v2v1v4v3v2v3 點(diǎn)火加速：點(diǎn)火加速：在橢圓軌在橢圓軌道上運(yùn)行道上運(yùn)行:第一次變軌：第一次變軌：第二次變軌：第二次變軌： 點(diǎn)火加速：點(diǎn)火加速：在