宇宙航行 完美版

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第六章 万有引力与航天 §6.5 宇宙航行 §6.5 宇宙航行 嫦 娥 奔 月 2020年2月28日星期五 §6.5 宇宙航行 各种各样的卫星…… §6.5 宇宙航行 一、人造卫星的发射原理 1、牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面 2020年2月28日星期五 §6.5 宇宙航行 2、人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因 人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造卫星 作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。 3、人造卫星的运行规律 设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行速度v 、 角速度ω 、周期T、向心加速度a与轨道半径 r 的关系 (a、V 、ω 、T ) r §6.5 宇宙航行 记忆口诀：“高轨低速长周期” 卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期： a (1)由 G M m=ma r2 得： ＝ GM r2 (2)由 G Mm r2 =m v2 r 得：ｖ＝ GM r (3)由 G M m =mω2r r2 得：ω＝ GM r3 (4)由 G M m ２π =m( 2 )r r2 T 得：Ｔ＝ 4π2r3 GM 可见：卫星运动情况(a、V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定 §6.5 宇宙人航行 造地球卫星的运动规律 1 3 2 4 v1>v2=v3>v4 T1<T2=T3<T4 ω1>ω2=ω3>ω4 §练6.5习宇宙航：行 对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，线速度越—小— （2）离地面越高，周期越—长— （3）离地面越高，角速度越—小— （4）离地面越高宇宙飞行，向心加速度越小— §6.5 宇宙航行 课堂训练 两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上 运行，它们的质量不相等，轨道半径之 比r1:r2=1:4,则它们的 (1)线速度大小之比 v1:v2= 2 :1 (2)周期之比 v ? GM r T1:T2 = 1: 8 T ? 2? r3 GM §6.5 宇高宙航考行 链接：2020山东理综第15题 2011年11月3日宇宙飞行，“神州八号”飞船与“ 天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。

任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道， 等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成 后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应 的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为V1、 V2。则V1 与V2之比等于( B ) A. B. R13 R23 R2 R1 C. R22 R12 D. R2 R1 近地面的卫星的速度是多少呢？ §6.5 宇宙航行 已知：G ? 6.67 ?10?11 N ? m2 / kg 2 R ? 6.37?106 m M ? 5.89 ?1024 kg v1 ? GM R ? 6.67?10?11?5.89?1024 6.37?106 m / s ? 7.9km / s 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 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。 2020年2月28日星期五 二、宇宙速度 §6.5 宇宙航行 1、第一宇宙速度： (环绕速度）人造卫星 v1 ? GM ? 7.9km / s R V3=16.7km/s V2=11.2km/s 法二：v1 ? gR ? 7.9km / s 2、第二宇宙速度： 地球 V1=7.9km/s (脱离速度) →人造行星 v2 ? 11.2km / s 11.2km/s>v>7.9km/s 3、第三宇宙速度：（逃逸速度） v3 ? 16.7km / s →人造恒星 2020年2月28日星期五 概念辨析 发射速度和运行速度 1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开 发射装置时的速度。

①宇宙速度均指发射速度 ②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度 2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做 匀速圆周运动的速度。 v1 ? GM r r↗ v↘ §6.5 宇宙航行 三、近地卫星 近地卫星是指卫星的轨道半径近 似等于地球半径，其周期约为84分 钟。其向心力由万有引力提供。 §6.5 宇宙航行 练习：求近地卫星的周期 T ? 2? r3 GM 地 (6.37 ?106 )3 ? 2? 3.14? 6.67 ?10?11 ? 5.98?1024 s ? 5.06?103 s ? 84.3min 我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？ 2020年2月28日星期五 四、地球同步卫星 §6.5 宇宙航行 1、定义 所谓地球同步卫星，是相对于地面静止 的和地球具有相同周期的卫星，同步卫 星必须位于赤道平面内，且到地面的高 度一定。 rvωTa “全部固定” §6.5 宇宙航行 圆轨道在赤道平面，即 在赤道的正上方；周 期与地球自转周期相 同，为24小时；绕行 方向为自西向东。 大家能否计 算出同步卫星 的高度，线速 度呢？ §6.5 宇宙航行 2、地球同步卫星的运行特征 可概括为四个一定 ①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内； ②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h） ③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km） ④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s） §6.5 宇3宙、航行同步卫星的应用：主要用于通信 3颗同步卫星可实现全球覆盖 所 以 也 叫 通 信 卫 星 §6.5 宇宙航行 为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步 卫星只能有120颗。可见，空间位置 也是一种资源。 2020年2月28日星期五 §6.5 宇宙航行 §6.5 宇宙航行人造卫星的轨道 §6高.5 宇宙考航行链接：2011山东理综第17题 甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫 星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道 均可视为

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