1、人造卫星 宇宙速度,人造地球卫星: 地球对周围的物体有_作用,因而抛出的物体要落回地面.但是,抛出的初速度越大,物体就会飞得.牛顿在思考万有引力定律时就曾设想过,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,落地点也就一次比一次离山脚_.如果没有空气阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,它将围绕地球,成为一颗绕地球运动的人造地球卫星,简称人造卫星.,万有引力,越远,远,旋转(做圆周运动),牛顿的人造地球卫星设想,那么,发射物体的速度至少达到多大时,物体才会成为一颗围绕地球运动的人造卫星呢?,设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,卫星运动的速度为v.由于卫星运动
2、所需的向心力是由万有引力提供的,所以,从上式可以看出,卫星距地心越远,它运行的速度越. 虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地面的卫星运行速度,但是向高轨道发射卫星却比向低轨道发射卫星要.因为向高轨道发射卫星,火箭要克服地球对它的引力做更的功.,总之:高轨道卫星的环绕速度,但发射速度;低轨道卫星的环绕速度,但发射速度。,小,困难,多,小,大,大,小,小,因此,对靠近地面运行的人造卫星,发射速度最小,此时的r等于地球的半径R,在上式中把r用地球半径R代入,可以求出,这就是发射人造卫星必须具有的最小速度,称之为第一宇宙速度,也叫环绕速度.,说明:7.9km/s是人造地球卫星进入轨道时的_发射速度,也是
3、所有人造卫星的_环绕速度。,用第二种方法推导第一宇宙速度,最小,最大,第一宇宙速度:v=7.9103m/s(人造卫星),如果发射卫星的速度大于7.9 kms,而小于11.2 kms,它绕地球运动的轨迹就不是圆形,而是椭圆.当物体的速度等于或大于11.2 kms时,卫星就会脱离地球的引力,不再绕地球运行.我们把这个速度叫做第二宇宙速度,也叫脱离速度.(物体成为人造行星)达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力.要想使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去,必须使它的速度等于或者大于16.7kms,这个速度叫做第三宇宙速度,也叫逃逸速度.(物体成为人造恒星),第二宇宙速度:v=11.21
4、03m/s(人造行星),第三宇宙速度:v=16.7103m/s(人造恒星),近地卫星和同步卫星,近地卫星:概念运行轨道半径:地球半径周期84分钟,同步卫星概念与地球自转同步,定位于赤道正上方的卫星运行轨道半径(1)已知M和R,求h(2)只知R,求h周期与地球自转周期相同 24h,通讯卫星(地球同步卫星):1、周期T=24h2、距地面高度h=35800km3、环绕速度V=3.075km/s4、位置在赤道上空。,其它轨道卫星:,只要轨道中心在地心的轨道都可以发射(使得万有引力全部用来充当向心力) 。如图所示:,1、可以发射一颗这样的人造地球卫星,使其圆轨道:( ) A、与地球表面上某一纬度线 (非
5、赤道)是共面同心圆 B、与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆 C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地球表面是静止的 D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,但卫星相对地球表面是运动的,C、D,2、地球同步卫星距离地心的距离为r,运行速率为V1,向心加速度为a1;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为V2,地球的半径为R,则,A.,D.,C.,B.,A、D,课堂练习:下列说法是否正确?为什么?1、人造地球卫星由于大气阻力的作用,轨道半径逐渐减小,它的线速度将逐渐减小,而周期逐渐增大。,2、因为高轨道卫星的运行速度小,所以高轨道卫星需要的发射速度也较小。,关
6、于人造地球卫星运动设人造卫星环绕地球做匀速圆周运动,卫星的质量为m,离地面高度为h。地球的质量为M,半径为R。1卫星在某一轨道上环绕地球做匀速圆周运动,则地球对卫星的的万有引力等于卫星做圆周运动所需的的向心力。即,2卫星环绕地球在不同轨道上运动时,线速度的大小不同。线速度的大小随卫星离地面高度的增大而减小。即,3卫星环绕地球在不同高度上运动时,周期的大小不同。周期的大小随卫星离地面高度的增大而增大。即,4发射人造卫星的过程就是克服地球引力做功的过程。因此卫星的发射速度随发射高度的增大而增大。卫星的最小发射速度,即第一宇宙速度。5在某一轨道上运行的人造卫星若受到某种阻力的作用,而使卫星的速度减小时,卫星在该轨道上受到的万有引力就要大于它所需的向心力,因此卫星离地面的高度就要降低。当卫星重新稳定到另一轨道运行时(即万有引力重新等于向心力时),由于地球引力做正功,卫星运行的线速度加快。动能增大。6同步卫星(即通讯卫星)由于它的运行周期确定不变(即T=24h)。则它的运行高度和速率也固定不变。,