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孔隆教育 孔隆教育 * 5 宇宙航行 1.了解人造卫星的有关知识。 2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 3.知道发射速度与环绕速度的区别。 嫦娥奔月 敦煌的飞天壁画 思考：地面上的物体，怎样才能离开地球？ 300多年前，牛顿提出设想 牛顿的猜想 牛顿的手稿 想一想: 物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢? 一、人造卫星的发射原理 方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得 方法二：卫星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得 由此可见：V=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度 在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？ 1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动） 2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。 二、宇宙速度 16.7km/s称为第三宇宙速度。 “旅行者1号”探测器 1988年飞出太阳系 运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。 发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。 注意： （1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。 （2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。 V发射 例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？ 解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有 整理得 设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2 练习1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 km/s。 解: 整理得 2 例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是 （ ） A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 BC 三、人造卫星的运动规律 1.卫星绕地球的运动和受力特点 卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力。F引 = F向 2.卫星的动力学方程 (r-V-ω-T的关系) 地球 V Tω r R r M m 地球 思考：对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，向心力越_____________ （2）离地面越高，线速度越_____________ （3）离地面越高，周期越_______________ （4）离地面越高，角速度越_____________ （5）离地面越高，向心加速度越_________ 小 大 小 小 小 例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ） A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关 B 四、人造卫星的超重和失重 1.发射和回收阶段 发射 加速上升 超重 回收 减速下降 超重 2.沿圆轨道正常运行 只受重力 a = g 完全失重 与重力有关的现象全部消失 天平 弹簧秤测重力 液体压强计 思考：卫星轨道的圆心在哪儿？ 分析：所有卫星的圆心都在地心上。 思考：现在有几种卫星？ 按用途分类:通信卫星;气象卫星 按轨道分类:基地卫星;赤道卫星;其他卫星 各种各样的卫星…… 例4.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是 （ ） 卫星是围绕地球的中心绕地球做匀速圆周运动的 D 五、地球同步卫星（通信卫星） 1.所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h。 2.所有的同步卫星只