毕泽：人造卫星宇宙速度.ppt

1、4.人造卫星 宇宙速度,嫦娥奔月,外国人的飞天梦,古人的梦想,在14世纪中国明代，有一位叫万户的军中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸“飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。 万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。,万户飞天,1957年10月4日，苏联

2、发射第一枚人造卫星“伴侣”1号成功，此举标志着苏联在太空探险的新旅程 ,从此之后人类开始迈入航天时代。近几年，我国的 “神舟” 号系列飞船，嫦娥一号发射成功，在航空领域取得了瞩目的成就。请思考：从地球上发射飞船的理论基础是什么？怎样才能使航天器成为地球的卫星？,300年前牛顿的猜想,牛顿的手稿,牛顿对人造卫星原理的描述：在高山上物体做平抛运动的初速度越大。落地点距离山脚越远，当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，称为绕地球旋转的人造卫星。,人造卫星,自1957年，苏联把第一颗人造卫星送入太空后。数以千计的卫星被发射进入轨道，用于通信、导航、收集数据和其他许多领域内的科学研究。,与日常生活相

3、关的卫星：通信卫星，气象卫星，导航卫星等。,对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，即：,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,求卫星运动的线速度v,为什么向高轨道发射卫星比向低轨道发射要困难？,宇宙速度,这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最小发射速度，叫做第一宇宙速度，也被称为环绕速度。,思考:在其他天体表面发射卫星，最小发射速度是否均为7.9km/s?,巩固训练:,某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约为多少？,1.发射速度：采用多级火箭发射卫星时，卫星 脱离最后一

4、级火箭时的速度（星箭分离时 卫星的速度）,2.运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕 地球做匀速圆周运动时的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度.,近地卫星,其它卫星,运行速度和环绕速度一样吗？,特点：发射速度大的卫星，运行速度小。 发射速度小的卫星，运行速度大。,第一宇宙速度(环绕速度）：,第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s,第三宇宙速度（逃逸速度）：16 .7km/s,卫星环绕地球飞行的最大运行速度。 地球上发射卫星的最小发射速度。,定义：使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行， 从地球表面发射所需的最小速度。,定义：使人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系

5、以外的宇宙空间去，从地球表面发射所需要的最小速度。,7.9km/s,宇宙速度,卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星绕地球运动，轨道是椭圆,卫星脱离地球束缚，成为太阳系的一颗小行星。,卫星脱离太阳束缚，飞出太阳系,提示：火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间，即11.2 km/sv 16.7 km/s.,思考题： 如果要发射一个火星探测器，试问这个探测器将大体以多大的速度从地球上发射？,2.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是( ) A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C它是能使卫星

6、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在远地点的速度,BC,3.前不久美国“勇气号”和“机遇号”飞船先后降落在火星表面（“勇气号”和“机遇号”是两个机器人，“勇气号”于2003年6月1日起飞，于2004年1月4日降落在火星。）勇气和机遇号的发射速度应是( ) A.等于7.9km/s B.大于7.9km/s小于11.2km/sC.大于11.2km/s小于16.7km/s D .大于16.7km/s,C,1,2,3,4,思考: 以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?,v1v2=v3v4,T1T2=T3T4,12=34,人造卫星可能轨道,向心力（万有引力）必须指向地心，

7、圆周运动的圆心必须和地心重合。,本节课结束,v2v1,v4v3,v1v4,v2v1v4v3,1.卫星的变轨,A,B,已知小圆半径为R,周期为T,大圆半径为r,你能求出卫星从A运动到B的时间吗？,试比较下列各处速度和加速度的大小,a1 = a2 a3 = a4,举例：,BD,B卫星进行加速，能追上A吗？,模型特征：,两颗相近的天体绕它们连线上的某点（质心）以共同的角速度做匀速圆周运动 .,双星模型特征与规律,1.两天体做匀速圆周运动的向心力均为两天体间的万有引力，大小相等。,模型规律：,2.角速度相同,分析:,m1,L,o,角速度,三 星 系 统,R,m,地球同步卫星：是相对于地面静止，即与地球自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫星。,思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？,地球同步卫星,结论：轨道平面必须和地球的赤道平面重合，也就是说必须位于赤道的正上方。,地球同步卫星,定平面：轨道平面一定在赤道平面内 定位置：在赤道正上方相对地面静止， 自转方向和地球自转方向相同。 定周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=86400s 定轨道：轨道离地高度h=36000km 定速度：线速度大小v=3.08km/s 定向心加速度： a=0.23m/s2,三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道,O,C,A,B,81.3 ,三个