29同步衛(wèi)星分析課件

同步衛(wèi)星2020年9月28日11、環(huán)繞速度：2、角速度：3、周期：4、加速度：推導(dǎo)人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度(即線速度)、角速度ω、周期T、加速度和軌道半徑

的關(guān)系式一整套數(shù)據(jù)r、v、ω、TrvT2020年9月28日2小結(jié)：人造衛(wèi)星的線速度大小v、周期T，角速度ω、加速度a與軌道半徑r是一一對應(yīng)的，

軌道半徑確定后，另外四個量也就唯一確定了。注意：向心力=萬有引力，與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)。2020年9月28日3【新課學(xué)習(xí)】

一、人造衛(wèi)星的軌道人造衛(wèi)星的軌道按軌道傾角分為：赤道軌道、極地軌道和傾斜軌道。人造地球衛(wèi)星繞地球運行的軌道是一條封閉的曲線（圓或橢圓）。這條封閉曲線形成的平面叫人造地球衛(wèi)星的軌道平面，軌道平面總是通過地心的。2020年9月28日4以下兩種衛(wèi)星的軌道都是圓形的。1.近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星的軌道半徑r≈地球半徑R；

其環(huán)繞速度v=7.9km/s；由此可得，衛(wèi)星的周期T=它們分別是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星理論上的最大線速度和最小周期。2、地球同步衛(wèi)星從地面上看，它是“靜止的”。地球同步衛(wèi)星跟地球有相同的周期，相同的角速度，相對地球是靜止的（因此又叫靜止軌道衛(wèi)星）。軌道平面與地球的赤道平面重合。

2020年9月28日5F萬F向F同步衛(wèi)星在北半球（南半球）定不住，同步不了2020年9月28日6F萬=F向同步衛(wèi)星只能在赤道圈上空才能定得住，才能同步2020年9月28日7例1、已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，引力常量為G.求：同步衛(wèi)星離地面的高度h是多少？2020年9月28日8小結(jié)：地球同步衛(wèi)星的特點（1）周期

；（2）角速度

；（3）環(huán)繞速度

；（4）向心加速度

；（4）軌道平面

；

（5）高度

2020年9月28日9例2.關(guān)于同步衛(wèi)星的下列說法中正確的是(

)A．運行速度大于7.9km/sB．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繞地球運行的角速度大D．向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等

比較：赤道上的物體和同步衛(wèi)星

相同點：

不同點：

2020年9月28日10例3、地球同步衛(wèi)星離地心的距離為r，運動速度為v1，加速度為a1；地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列關(guān)系正確的是（）2020年9月28日11二、人造衛(wèi)星的發(fā)射和軌道調(diào)整1、人造衛(wèi)星的發(fā)射為了減小地球大氣對火箭的影響，升空階段火箭總是豎直發(fā)射的。為了減小地球自轉(zhuǎn)帶來的影響，升空后的火箭常常是自西向東運轉(zhuǎn)。

2020年9月28日12例4、2009年5月，航天飛機在完成對哈勃空間望遠鏡的維修任務(wù)后，在A點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點，如圖所示。關(guān)于航天飛機的運動，下列說法不正確的有（）A在軌道Ⅱ上經(jīng)過A點的速度小于經(jīng)過B點的速度B在軌道Ⅱ上運動的周期小于軌道Ⅰ上運動的周期C從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ必須在A點減速D在軌道Ⅱ上經(jīng)過A點的加速度小于在軌道Ⅰ經(jīng)過A點的加速度

2020年9月28日132、軌道調(diào)整在圓形軌道上運行的衛(wèi)星，

后軌道將變?yōu)榫嚯x更遠的橢圓軌道；

后軌道將變?yōu)榫嚯x更近的橢圓軌道。在橢圓軌道上運行的衛(wèi)星，在遠地點

能變?yōu)榘霃礁蟮膱A形軌道；在近地點

能變?yōu)榘霃礁〉膱A形軌道。加速減速加速減速2020年9月28日142020年9月28日152020年9月28日162020年9月28日172020年9月28日182020年9月28日19人造衛(wèi)星宇宙速度2020年9月28日20理論的威力：預(yù)測未知天體亞當(dāng)斯與勒維烈預(yù)測在天王星附近還有一顆行星。天王星？海王星2020年9月28日21

問題：拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星月亮沒有落下來必須具備什么條件？拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結(jié)果？2020年9月28日22現(xiàn)實：以多大的速度發(fā)射才不落回地面呢？理想與現(xiàn)實：人造衛(wèi)星和宇宙速度

設(shè)想衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動，則地球?qū)λ娜f有引力就是其所需的向心力。設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星速度為v，衛(wèi)星到地心的距離為r，根據(jù)牛頓第二定律有:G=6.67×10-11N·m2/kg2M=6.0×1024kg=7.9km/s這就是衛(wèi)星在不同軌道運行時的速度表達式。近地衛(wèi)星r≈R地=6.4×106m2020年9月28日231、建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動2、基本思路：向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供3、結(jié)論:衛(wèi)星離地心越遠，它運行的速度越慢。4、v=7.9km/s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有的最小發(fā)射速度，叫做第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。小結(jié)提升2020年9月28日24思考4：請推導(dǎo)衛(wèi)星的線速度v、角速度ω、周期T、加速度a與軌道半徑r的關(guān)系式。線速度v：角速度ω：周期T：加速度a小結(jié)：人造地球衛(wèi)星的線速度v、角速度ω、周期T、加速度a都與

相匹配。rr、v、ω、T2020年9月28日25思考2:根據(jù)前面的學(xué)習(xí)可知,在地面附近萬有引近似等于重力，即，依據(jù)g和R你能否推出“第一宇宙速度”？解：由可得：思考3：衛(wèi)星在軌道上環(huán)繞地球做勻速圓周運動，若速度增大了，衛(wèi)星還能在原來的軌道上運動嗎？若不能，將如何運動？答：不能；衛(wèi)星將在新的橢圓軌道上運動。2020年9月28日26延伸：（1）衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，其運行軌道離

地面將越遠。（2）如果發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s時，衛(wèi)星將繞地球做橢圓軌道運動。（3）如果發(fā)射速度等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星將掙脫地球的引力，成為繞太陽運動的人造衛(wèi)星或飛到其他行星上去。人們將v=11.2km/s稱為第二宇宙速度，又叫脫離速度。(4)如果要使衛(wèi)星掙脫太陽的引力，飛出太陽系，其發(fā)射速度至少要達到v=16.7km/s，這一速度稱為第三宇宙速度，又叫逃逸速度。2020年9月28日272020年9月28日28環(huán)繞速度

指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度發(fā)射速度

指被發(fā)射物體離開地面時的水平初速度區(qū)別v發(fā)射v環(huán)繞2020年9月28日29思考4：根據(jù)可知，衛(wèi)星軌道離地球越遠，其運動速度越小?，F(xiàn)在我們又得到一個結(jié)論：衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，其運行軌道離地面越遠。這兩者是否矛盾呢？答：不矛盾。發(fā)射速度大時，由于萬有引力不足以提供所需的向心力，衛(wèi)星將做離心運動飛到較高的軌道，在此過程需要克服地球的引力而消耗能量(減速)，速度將會減小。小結(jié)：第一宇宙速度既是理論上使衛(wèi)星環(huán)繞地球運動所需的最小的發(fā)射速度，也是理論上最大的環(huán)繞速度。2020年9月28日301、請推導(dǎo)人造衛(wèi)星的角速度ω、周期T和軌道半徑r的關(guān)系式。解：設(shè)人造衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M，引力常量為G，人造衛(wèi)星的向心力是由

提供的，因此有：萬有引力角速度ω：周期T：2020年9月28日312、一星球的質(zhì)量為M，半徑為R，已知萬有引力恒量為G，試計算：(1)該星球的第一宇宙速度為多大？(2)一質(zhì)量為m的衛(wèi)星在距離該星球表面距離為h的軌道上運行的周期為多大？解:（1）設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m,萬有引力提供向心力可得：（2）同理可得：解得：2020年9月28日322020年9月28日33三個等量關(guān)系萬有引力重力向心力mg提供需要2020年9月28日34演講完畢，謝謝觀看！Thankyoufor