人造衛(wèi)星和宇宙速度

“東方紅一號”偵察衛(wèi)星“風(fēng)云一號”氣象衛(wèi)星科學(xué)探測衛(wèi)星人造衛(wèi)星和宇宙速度牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖v平拋洲際導(dǎo)彈人造衛(wèi)星增大發(fā)射一顆衛(wèi)星最小的速度是多少？萬有引力提供向心力一、應(yīng)用：發(fā)射衛(wèi)星1.定義：人造地球衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)在地面附近（因為h?R）繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度。2.推導(dǎo)：地球質(zhì)量地球半徑地球半徑地面處重力加速度第一宇宙速度Rrh軌道半徑1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/sv>7.9km/s這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具有的最小發(fā)射速度，也是最大的環(huán)繞速度，做第一宇宙速度。衛(wèi)星在不同軌道的環(huán)繞速度r越大，v越小最大的環(huán)繞速度，也叫第一宇宙速度R結(jié)論：第一宇宙速度只由中心天體的質(zhì)量和半徑?jīng)Q定，與衛(wèi)星無關(guān)。若有一天人類登上了火星，那么在火星表面發(fā)射人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度又是多少呢？

思考1：發(fā)射一顆地球衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)一圈用時最短是多少？思考2：v=T2πRT近

=V2πRTmin≈85分鐘,T衛(wèi)>85分鐘

1、設(shè)地球的質(zhì)量不變,而地球半徑增加為原來的2倍,那么從地球發(fā)射的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的(

)

A.倍B.倍C.倍D.2倍B地球質(zhì)量地球半徑由問題與思考

要使衛(wèi)星在離地面更遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)行，則需要更（）的發(fā)射速度，來到新軌道上的運(yùn)行速度變（）。

大小1、第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、勻速圓周運(yùn)動）

11.2km/s>v>7.9km/s

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/s2、第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的吸引，不在繞地球運(yùn)行。我們把這個速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力，成為繞太陽運(yùn)動的人造行星。V3=16.7km/s3、第三宇宙速度：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。這個速度叫第三宇宙速度。

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/sM發(fā)射速度環(huán)繞速度注意區(qū)分發(fā)射速度和環(huán)繞速度2、關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的（）A.第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度B.第一宇宙速度使人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C.第二宇宙速度使衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時的最大速度D.第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度A二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道)

萬有引力=向心力重力近似=萬有引力基本方程輔助方程ABCv1=7.9km/sVAVBVCaAaBaCTATBTC軌道半徑增大時加速度、線速度、角速度均減小，周期變長水星--金星--地球--火星---木星---土星---天王星----海王星人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動，下列說法正確的是（）A.半徑越大，速率越大，周期越小B.半徑越大，速率越小，周期越大C.所有衛(wèi)星的角速度相同，與半徑無關(guān)D.所有衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān)3、B4、火星有兩顆衛(wèi)星分別是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二它們的軌道近似為圓.已知火衛(wèi)一的周期為7小時39分.火衛(wèi)二的周期為30小時18分則兩顆衛(wèi)星相比（）A.火衛(wèi)一距火星表面較近B.火衛(wèi)二的角速度較大C.火衛(wèi)一的運(yùn)動速度較大D.火衛(wèi)二的向心加速度較大AC

5、(雙選，2011年汕頭質(zhì)檢)如圖3－2－3所示，T代表“天宮一號”飛行器，S代表“神舟八號”飛船，它們都繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其軌道如圖中所示，則(）A圖3－2－3A.T的周期大于S的周期B.T的線速度大于S的線速度C.T的向心加速度大于S的向心加速度三、兩種最常見的衛(wèi)星（一）近地衛(wèi)星軌道半徑近似地可認(rèn)為等于地球半徑，速率v=7.9km/s，周期T=85min。在所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星中是線速度最大，周期最短。神舟六號飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為345km，線速度約7.6km/s，周期約90min。

地球同步衛(wèi)星，是相對于地面靜止，即與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。思考：地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行軌道平面有何特點？（二）、地球同步衛(wèi)星F向=F引F向F引F引①定平面③定周期②定位置（二）、地球同步衛(wèi)星④定軌道代入數(shù)據(jù)解得：V=3.08km/s⑤定速度試中M、R分別為地球的質(zhì)量和半徑，h為衛(wèi)星離地面的高度（二）、地球同步衛(wèi)星①定平面：軌道平面一定在赤道平面內(nèi)②定位置：在赤道正上方相對地面靜止③定周期：運(yùn)動周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期

T＝24h=86400s④定軌道：軌道離地高度h=36000km⑤定速度：線速度大小v=3.08km/s人造衛(wèi)星的軌道注意：衛(wèi)星的軌道平面必須通過地心極地衛(wèi)星一般軌道衛(wèi)星通訊衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）赤道衛(wèi)星三顆同步衛(wèi)星反射信號可以覆蓋全球

大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆?？梢娍臻g位置也是一種資源。h≈0R=6.4x106mT=24hh=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=85分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星（三）近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、地球赤道上物體三者比較赤道上的物體6．通信衛(wèi)星又叫同步衛(wèi)星，下面關(guān)于同步衛(wèi)星的說法中正確的是[]A、所有的地球同步衛(wèi)星都位于地球的赤道平面內(nèi)B、所有的地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等C、所有的地球同步衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動的角速度都相等D、所有的地球同步衛(wèi)星離地心的距離都相等ACD6關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A.它的運(yùn)行速度小于7.9km/sB.它的運(yùn)行速度大于7.9km/sC.它的周期是24h，且軌道平面于赤道平面重D.每一個地球同步衛(wèi)星離開地面的高度是一樣的ACD7、若A是赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體、B是赤道上空的近地衛(wèi)星、C是地球同步衛(wèi)星，它們的運(yùn)動都可視為勻速圓周運(yùn)動，以下是對A、B、C三個物體的運(yùn)動中的物理量的大小關(guān)系的判斷，其中正確的是()A．三者周期的大小關(guān)系為TA>TB>TCB．三者向心加速度的大小關(guān)系為aA>aB>aCC．三者角速度的大小關(guān)系為ωA<ωC<ωBD．三者線速度的大小關(guān)系為vA<vC<vB

D人造衛(wèi)星的應(yīng)用科學(xué)探測衛(wèi)星技術(shù)實驗衛(wèi)星快速偵測衛(wèi)星人造衛(wèi)星的應(yīng)用資源衛(wèi)星通信衛(wèi)星

四、人造衛(wèi)星的應(yīng)用和軌道各種各樣的衛(wèi)星……西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地

太原衛(wèi)星發(fā)射中心

人造衛(wèi)星的軌道注意：衛(wèi)星的軌道平面必須通過地心同步通訊衛(wèi)星極地衛(wèi)星一般軌道衛(wèi)星赤道衛(wèi)星傾斜軌道赤道軌道極地軌道同步軌道軌道位置：以下那些軌道是可能的？ ①與赤道共面軌道 ②通過兩極點上空軌道 ③與赤道成某一角度的圓軌道 ④與某一緯度重合的軌道 ⑤與某一經(jīng)度重合的軌道①②③重力=萬有引力=向心力神五發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射的軌跡五、人造地球衛(wèi)星變軌專題二、人造衛(wèi)星的超重和失重一.衛(wèi)星的變軌問題：變軌過程在各點的（1）速率v大小關(guān)系（2）加速度a大小關(guān)系問題F合="供需"平衡物體做勻速圓周運(yùn)動復(fù)習(xí)：

向心力公式的理解F向=從"供""需"兩方面研究衛(wèi)星變軌問題F引=一.衛(wèi)星的變軌問題：圓周運(yùn)動向心運(yùn)動離心運(yùn)動低軌向高軌高軌向低軌③①②v4v1v2PQv3發(fā)射同步衛(wèi)星時，（1）通常先將衛(wèi)星發(fā)送到近地軌道Ⅰ，使其繞地球做勻速圓周運(yùn)動，速率為v1（2）第一次在P點點火加速，在短時間內(nèi)將速率由v1增加到v2，使衛(wèi)星進(jìn)入橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ；（3）衛(wèi)星運(yùn)行到遠(yuǎn)地點Q時的速率為v3，此時進(jìn)行第二次點火加速，在短時間內(nèi)將速率由v3增加到v4，使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道Ⅲ，繞地球做勻速圓周運(yùn)動。發(fā)射同步衛(wèi)星v1v2v3v2>v1v4>v3v1>v4v2>v1>v4>v3v2>v3

點火加速：在橢圓軌道上運(yùn)行:第一次變軌(P點)：第二次變軌（Q點）：

點火加速：在圓軌道上穩(wěn)定運(yùn)行：PQv4（1）v1、v2、v3、v4大小關(guān)系？1、速率v大小關(guān)系2、加速度大小關(guān)系呢？v1v2v3PQv4（1）分別以圓軌道、橢圓軌道運(yùn)行經(jīng)過P點時加速度大小關(guān)系（以v1、v2經(jīng)過P點時的加速度大小關(guān)系）經(jīng)過P點時，萬有引力全部提供向心力，所以以圓軌道、橢圓軌道運(yùn)行經(jīng)過P點時加速度一樣3、低軌與高軌的互變：PQP點近地點加速橢圓減速Q(mào)點遠(yuǎn)地點圓減速加速圓低軌變高軌：向后噴氣、加速，最終v低>v高高軌變低軌：向前噴氣、減速，最終v低>v高P12Qv地球3、低軌與高軌的互變：1、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2運(yùn)行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道3。軌道1、2相切Q點，軌道2、3相切P點，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時，以下說法正確的是：A．在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B．在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C．在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度D．分別在軌道2、3上運(yùn)行經(jīng)過P點時的加速度相等BD123pQ2、如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的3顆人造衛(wèi)星，下列說法正確的是：A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度C．c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等到同一軌道上的cD．a(chǎn)衛(wèi)星由于某種原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將變大地球acbD3、宇宙飛船和空間站在同一軌道上運(yùn)動，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是：A.飛船加速直到追上空間站，完成對接B.飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接C.飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站完成對接D.無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接B甲乙V1v2ω1ω2T1T2a1a2F1F2不確定4、甲乙兩顆衛(wèi)星在不同軌道上繞地球作圓周運(yùn)動軌道半徑分別是R1、R2，且R1＞R2，確定兩顆衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度v1、v2，角速度ω1、ω2，周期T1、T2，向心加速度a1、a2，向心力F1、F2的大小關(guān)系。＜＜＞＜二