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文檔簡介
1、嫦嫦娥娥奔奔月月19571957年年1010月月4 4日,前蘇聯(lián)發(fā)射了日,前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星世界上第一顆人造地球衛(wèi)星我國在我國在19701970年年4 4月月2020日發(fā)射了日發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星第一顆人造地球衛(wèi)星20032003年年1010月月1515日,神州五號日,神州五號載人宇宙飛船發(fā)射升空載人宇宙飛船發(fā)射升空20052005年的神舟六號,年的神舟六號,20082008年的年的神舟七號以及后來的神舟八號、神舟七號以及后來的神舟八號、神舟九號、嫦娥一號、二號神舟九號、嫦娥一號、二號、天宮一號等的成功發(fā)射無一不天宮一號等的成功發(fā)射無一不說明了我國航天科技的發(fā)展之說明了我
2、國航天科技的發(fā)展之迅速。迅速。一、宇宙速度一、宇宙速度 設(shè)地球質(zhì)量為設(shè)地球質(zhì)量為M,半徑為半徑為R。人造地球衛(wèi)人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運行,質(zhì)量為星在圓軌道上運行,質(zhì)量為m,軌道半徑為軌道半徑為r。那么,在該軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)那么,在該軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)星的星的速度速度v如何推算如何推算? 22MmvGmrrGMvr衛(wèi)星離地心越遠,它運行的速度越慢。1rv 112466.67 105.89 1016.37 10/7.9/GMRvm skm s這這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具繞地球做勻速圓周運動所必須具有的有的最低發(fā)射速度最低發(fā)射速度
3、,叫做,叫做第一宇第一宇宙速度宙速度。近地面的衛(wèi)星的速度是多少呢?近地面的衛(wèi)星的速度是多少呢?11226.67 10/GN mkg已知:66.37 10Rm245.89 10Mkg發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念發(fā)射速度與運行速度是兩個不同的概念(1 1)發(fā)射速度:發(fā)射速度:指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的初速度,并且一旦發(fā)射后就再無能量補裝置時的初速度,并且一旦發(fā)射后就再無能量補充,被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力充,被發(fā)射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度,進入運動軌道上升一定的高度,進入運動軌道(2 2)運行速度:運行速度:是指衛(wèi)星在進
4、入運行軌道是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度當(dāng)衛(wèi)后繞地球做勻速圓周運動的線速度當(dāng)衛(wèi)星星“貼著貼著”地面運行時,運行速度等于第地面運行時,運行速度等于第一宇宙速度一宇宙速度 二、宇宙速度二、宇宙速度1 1、第一宇宙速度:、第一宇宙速度: ( (環(huán)繞速度環(huán)繞速度) V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度:、第二宇宙速度:( (脫離速度脫離速度) ) 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)17.9/GMvkm sR17.9/vgRkm s法二:211.2/vkm s316.7/v
5、km s人造行星人造行星人造恒星人造恒星人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星 【跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練1 1】關(guān)于第一宇宙速度,下列說關(guān)于第一宇宙速度,下列說法中正確的是(法中正確的是( ) A A、它是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度、它是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B B、它是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度、它是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度 C C、它是地球衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運行的最、它是地球衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運行的最大速度大速度 D D、它一定是衛(wèi)星在橢圓軌道上運動時的近、它一定是衛(wèi)星在橢圓軌道上運動時的近地點的速度地點的速度C各種各樣的衛(wèi)星各種各樣的衛(wèi)星返回衛(wèi)星軌道的圓心在哪?四大導(dǎo)航四大導(dǎo)航1、美國全球定位系統(tǒng)(
6、美國全球定位系統(tǒng)(GPS)。有。有24顆顆衛(wèi)星組成,衛(wèi)星組成,分布在分布在6條交點互隔條交點互隔60度的軌道面上,度的軌道面上,精度約為精度約為10米米,軍民兩用,目前正在試驗第二代衛(wèi)星系統(tǒng);軍民兩用,目前正在試驗第二代衛(wèi)星系統(tǒng); 2、俄羅斯俄羅斯“格洛納斯格洛納斯”系統(tǒng)系統(tǒng)。有。有24顆衛(wèi)星組成,精顆衛(wèi)星組成,精度在度在10米左右,軍民兩用,設(shè)計米左右,軍民兩用,設(shè)計2009年底服務(wù)范圍拓年底服務(wù)范圍拓展到全球;展到全球; 3、歐洲歐洲“伽利略伽利略”系統(tǒng)。有系統(tǒng)。有30顆顆衛(wèi)星組成,定位誤衛(wèi)星組成,定位誤差不超過差不超過1米,主要為民用。米,主要為民用。2005年首顆試驗衛(wèi)星已年首顆試驗衛(wèi)
7、星已成功發(fā)射。預(yù)計成功發(fā)射。預(yù)計2008年前開通定位服務(wù);年前開通定位服務(wù); 4、中國中國“北斗北斗”系統(tǒng)系統(tǒng)。由。由5顆靜止軌道衛(wèi)星和顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。定位靜止軌道衛(wèi)星組成。定位精度精度10米米。 跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練2 2 以下四種軌道,哪一個不可能是以下四種軌道,哪一個不可能是衛(wèi)星的軌道?為什么?衛(wèi)星的軌道?為什么?CDAB二、衛(wèi)星的軌道二、衛(wèi)星的軌道B資料資料1不不同同軌軌道道的的衛(wèi)衛(wèi)星星三、衛(wèi)星的動力學(xué)原因三、衛(wèi)星的動力學(xué)原因marGMm22rGMa 21ra 22mrrGMm3rGMrTmrGMm2224rmvrGMm22rGMv GMrT324rv131r
8、3rT 跟蹤訓(xùn)練3 環(huán)繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星,距環(huán)繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星,距地面高度越大,以下說法中正確的是(地面高度越大,以下說法中正確的是( ) Av和和T越大越大 Bv和和T越小越小 Cv越大,越大,T越小越小 Dv越小,越小,T越大越大D四、地球同步衛(wèi)星四、地球同步衛(wèi)星 相對于地面相對于地面靜止靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期相同周期的的衛(wèi)星叫做地球的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星,又叫又叫通訊衛(wèi)星通訊衛(wèi)星同步衛(wèi)星的特點: 所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面必須所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面必須與與 平行(即必須在赤道平行(即必須在赤道正上方)正上方) 所有地球同步衛(wèi)星
9、所有地球同步衛(wèi)星的的 , , , , , 相同相同 地球同步衛(wèi)星的地球同步衛(wèi)星的 可能不同。可能不同。赤道平面赤道平面運動方向運動方向Ta大小大小v大小大小 軌道半徑軌道半徑rm三顆三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星,則可同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星,則可覆蓋全球。(兩級有部分盲區(qū))覆蓋全球。(兩級有部分盲區(qū)) 為了衛(wèi)星之間不為了衛(wèi)星之間不互相干擾,大約互相干擾,大約3 3左右才能放置左右才能放置1 1顆,顆,這樣地球的這樣地球的同步衛(wèi)星只能有同步衛(wèi)星只能有120120顆。顆。可見,空可見,空間位置也是一種間位置也是一種資源。資源?!靖櫽?xùn)練跟蹤訓(xùn)練4】 在地球(質(zhì)量分布均勻的球體)上空有許在地球(質(zhì)量分布均勻
10、的球體)上空有許多同步衛(wèi)星,下面說法中正確的是多同步衛(wèi)星,下面說法中正確的是 A、他們的質(zhì)量可能不同、他們的質(zhì)量可能不同 B、軌道半徑可以不同、軌道半徑可以不同 C、軌道平面可以不同、軌道平面可以不同 D、它們的線速度大小可能不同、它們的線速度大小可能不同 E、它們的向心加速度大小可能不同、它們的向心加速度大小可能不同A比較赤道上的某一點、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的比較赤道上的某一點、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的T、v、a向向用學(xué)過的知識解釋上述結(jié)果。用學(xué)過的知識解釋上述結(jié)果?!靖櫽?xùn)練跟蹤訓(xùn)練5】 已知地球已知地球同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星軌道半徑軌道半徑r1,周期,周期T1,速,速度度v1,加速度,加速度a1;近
11、地衛(wèi)星近地衛(wèi)星軌道軌道半徑半徑r2,周,周期期T2,速度,速度v2,加速度,加速度a2;赤道上物體赤道上物體自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)半徑半徑r3,周期,周期T3,速度,速度v3,加速度,加速度a3; 則則a1 a2;a1 a3 ; T1 T2;T1 T3 ; v1 v2 ,v1 v3 = 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時,先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道發(fā)射地球同步衛(wèi)星時,先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后點火,使其沿橢圓軌道然后點火,使其沿橢圓軌道2運行,最后再次點火。將運行,最后再次點火。將衛(wèi)星送入同步圓軌道衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道。軌道1、2相切于相切于Q點,軌道點,軌道2、3相切于相切于P點(如圖),則當(dāng)衛(wèi)星分別在點(如圖
12、),則當(dāng)衛(wèi)星分別在1,2,3 軌道軌道上正常運行時,以下說法正確的是(上正常運行時,以下說法正確的是( ) A衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道上的速率大于在軌道1的速率的速率 B衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道上的角速度小于在軌道1上的角速度上的角速度 C衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道點時的加速度大于它在軌道 2上經(jīng)過上經(jīng)過Q點時的加速度點時的加速度 D衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過上經(jīng)過P點的加點的加 速度等于它在軌道速度等于它在軌道3上經(jīng)過上經(jīng)過P 點的加速度點的加速度BD六、人造衛(wèi)星的超重和失重六、人造衛(wèi)星的超重和失重1、發(fā)射和回收階段、發(fā)射
13、和回收階段發(fā)射發(fā)射加速上升加速上升超重超重回收回收減速下降減速下降超重超重2、沿圓軌道正常運行、沿圓軌道正常運行只受重力只受重力a = g完全失重完全失重與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失天平天平彈簧秤測重力彈簧秤測重力h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分鐘分鐘同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星近地近地衛(wèi)星衛(wèi)星月球月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較雙雙星星系系統(tǒng)統(tǒng)赤道軌道赤道軌道極地軌道極地軌道傾斜傾斜軌道軌道同步同步軌道軌道自轉(zhuǎn)軸
14、自轉(zhuǎn)軸人造衛(wèi)星的軌道人造衛(wèi)星的軌道B地球地球AC衛(wèi)星衛(wèi)星2衛(wèi)星衛(wèi)星3衛(wèi)星衛(wèi)星1三顆同步衛(wèi)星互成1200角就可以實現(xiàn)全球通訊 例例1 同步衛(wèi)星軌道半徑為同步衛(wèi)星軌道半徑為r,運行速率為,運行速率為v1,加速度為加速度為a1;地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的;地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為向心加速度為a2;第一宇宙速度為;第一宇宙速度為v2;地球半;地球半徑為徑為R。則下列關(guān)系式正確的是(。則下列關(guān)系式正確的是( ) A. B. C. D.12araR212()aRar12vrvR12vRvrAD鞏固訓(xùn)練鞏固訓(xùn)練 例例2 據(jù)報道,我國首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星據(jù)報道,我國首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一天鏈一
15、號號01星星”,于,于2008.4.25在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,經(jīng)過四次變軌控制后,于射,經(jīng)過四次變軌控制后,于5.1成功定點在東京成功定點在東京770赤道上空的同步軌道,關(guān)于成功定點赤道上空的同步軌道,關(guān)于成功定點“天鏈一號天鏈一號01星星”說法正確的是(說法正確的是( ) A.運行速度大于運行速度大于7.9km/sB.離地面高度一定,相對地面靜止離地面高度一定,相對地面靜止C.繞地球運行的角速度比月球運行的角速度大繞地球運行的角速度比月球運行的角速度大D.向心加速度比靜止在赤道上的物體的向心加速度小向心加速度比靜止在赤道上的物體的向心加速度小 BC鞏固訓(xùn)練鞏固訓(xùn)
16、練例例3 如圖所示,如圖所示,a、b、c是在地球大氣層外圓形軌是在地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造衛(wèi)星,道上運行的三顆人造衛(wèi)星,a和和b的質(zhì)量相同而小于的質(zhì)量相同而小于c的質(zhì)量,下列說法中正確的是(的質(zhì)量,下列說法中正確的是( )Ab、c的線速度大小相等,且小于的線速度大小相等,且小于a的線速度的線速度 Bb、c的周期相等,且大于的周期相等,且大于a的周期的周期Cb、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Db所需的向心力最小所需的向心力最小ABD提問:若提問:若c要與要與b對接,是否加速就可以?對接,是否加速就可以?鞏固訓(xùn)練鞏固訓(xùn)練拓展提高1
17、 若在若在“神舟五號神舟五號”載人飛船的軌道艙中載人飛船的軌道艙中進行物理實驗,下列實驗儀器可正常使進行物理實驗,下列實驗儀器可正常使用的是用的是( ) 密度計密度計 物理天平物理天平 電子秤電子秤擺鐘水銀氣壓計水銀溫度計擺鐘水銀氣壓計水銀溫度計電磁打點計時器電流表電壓電磁打點計時器電流表電壓表多用電表表多用電表AB C D C2 已知地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的已知地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍,地球半徑大約倍,地球半徑大約是月球半徑的是月球半徑的4倍。不考慮地球、月球自轉(zhuǎn)的影響,由倍。不考慮地球、月球自轉(zhuǎn)的影響,由以上數(shù)據(jù)可推算出以上數(shù)據(jù)可推算出 ( )地球的平均密度與月球的平均密度之比約為地球的平均密度與月球的平均密度之比約為9 8地球表面重力加速度與月球表面重力加速度之比地球表面重力加速度與月球表面重力加速度之比 約為約為9 4C靠近地球表面沿圓軌道運行的航天器的周期與靠近月靠近地球表面沿圓軌道運行的航天器的周期與靠近月球表面沿圓軌道運行的航天器的周期之比約為球表面沿圓軌道運行的航天器的周期之比約為 8 9D靠近地球表面沿圓軌道運行的航天器線速度與靠近月靠近地球表面沿圓軌道運行的航天器線速度與靠近月球表面沿圓軌道運行的航天器線速度之比約為球表面沿圓軌道運行的航天器線速度之比約為 81 4C3 一物體靜置在平均密度為的球形天體表面的赤道上。已知萬有引力常量,若由于天體
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