資源簡介

(共24張PPT)
宇宙航行
「有一天，我看見過四十三次日落。」
過一會兒，你又說：
「你知道，當人們感到非?？鄲灂r，總是喜歡日落的?！?br/>1
探究宇宙速度
2
人造衛星的穩定運行
3
同步衛星
學習目標
問題1：月球繞著地球轉要受到地球對它的吸引力,但是為什么
月亮不會落到地面上來
由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉,此時月球受到的地球引力,用來充當繞地球運轉的向心力,故月球不會落到地面上來.
一、探究宇宙速度
一、探究宇宙速度
問題2.衛星在地球表面附近是多大速度才能穩定運行？請建立模型并推導。
方案一：若已知：地球的質量M=5.98×1024kg,半徑R=6400km，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2
探究：物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線速度及周期
方法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力
v
F引
方案二：若已知：地球表面重力加速度g=9.8m/s2, 地球的半徑R=6400km.
探究：物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線速度及周期
方法二：地表附近，重力近似等于萬有引力
g=9.8m/s2，R=6400km，代入數據得：
第一宇宙速度！
牛頓關于衛星的設想
問題3.地面附近發射飛行器，如果它的速度大于7.9km/s會怎樣呢？
發射速度：衛星在地面附近離開發射裝置的初速度。一旦發射后再無能量補充，被發射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度、進入運動軌道。
v環繞
v發射
運行速度：衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。
一、探究宇宙速度
數值 意義
第一宇宙速度 7.9 km/s 物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度（最大環繞速度，最小發射速度）
第二宇宙速度 11.2 km/s 使物體克服地球引力，永遠離開地球的最小地面發射速度
第三宇宙速度 16.7 km/s 使物體掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的最小地面發射速度
如圖所示，A、B、C、D四條軌道中不能作為衛星軌道的是哪一條？
問題4.人造地球衛星的運行軌道
A
B
C
D
二、高空軌道衛星的穩定運行
知識深化
1.人造地球衛星
(1)衛星的軌道平面可以在赤道平面內(如同步衛星)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖3所示.
(2)因為地球對衛星的萬有引力提供了衛星繞地球運動的向心力，所以地心必定是衛星圓軌道的圓心.
2.近地衛星
(1)近地衛星做勻速圓周運動的軌道半徑r可以近似地認為等于地球半徑R，線速度大小：v1＝7.9 km/s；
由 可得其周期為T≈85 min.
(2)7.9 km/s和85 min分別是人造衛星做勻速圓周運動的最大線速度和最小周期.
高軌低速長周期
人造衛星圓周運動線速度、角速度、周期、向心加速度
線速度
角速度
周期
向心加速度
遙感衛星
高分衛星
風云衛星
北斗衛星
中星衛星。。。
北京大興機場
3.同步衛星
(1)“同步”的含義就是和地面保持相對靜止，所以其周期等于地球自轉周期.
(2)特點
①定周期：所有同步衛星周期均為T＝24 h≈1440min. 23h56min=1436min
②定軌道：同步衛星軌道必須在地球赤道的正上方，運轉方向必須跟地球自轉方向一致，即由西向東.
三、同步衛星
問題6.在觀看衛星電視節目時，為什么衛星天線要朝著
某一方向固定不動？
2017年9月25日是我國新一代同步衛星“風云四號”在軌交付的日子，與上一代相比，“風云四號”的整星觀察數據量提高了160倍，左圖是“風云四號”拍攝的中國所在的東半球上空視角照片，微信為了紀念，將登錄頁面圖片更換為該照片，為期四天。
針對訓練1　如圖所示，中國北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星導航系統.其中有靜止軌道同步衛星和中地球軌道衛星.已知中地球軌道衛星的軌道高度在5 000～15 000 km，則下列說法正確的是
A.中地球軌道衛星的線速度小于靜止軌道同步衛星的線速度
B.上述兩種衛星的運行速度可能大于7.9 km/s
C.中地球軌道衛星繞地球一圈的時間大于24小時
D.靜止軌道同步衛星的周期大于中地球軌道衛星的周期
√
針對訓練2. 如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛星，a、b質量相同，且小于c的質量，則（ ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度
D . b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度
a
c
b
地球
√
√
高軌低速長周期
針對訓練3　如圖所示，A為地面上的待發射衛星，B為近地圓軌道衛星，C為地球同步衛星.三顆衛星質量相同，三顆衛星的線速度大小分別為vA、vB、vC，角速度大小分別為ωA、ωB、ωC，周期分別為TA、TB、TC，向心加速度大小分別為aA、aB、aC，則
A.ωA＝ωC<ωB
B.TA＝TCC.vA＝vCD.aA＝aC>aB
√
三
高軌低速長周期？？？
解析　同步衛星與地球自轉同步，故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及a＝ω2r得vC>vA，aC>aA
故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TBaB>aC>aA.選項A正確，B、C、D錯誤.
總結提升
同步衛星、近地衛星、赤道上物體的比較
2.同步衛星和赤道上物體都做周期和角速度相同的圓周運動.因此要通過v＝ωr，an＝ω2r比較兩者的線速度和向心加速度的大小.
針對訓練4.某人在一星球上以速率 v 豎直上拋一物體,經時間 t 后,物體以速率 v 落回手中。已知該星球的半徑為 R ,求該星球上的第一宇宙速度。
解析：星球表面的重力加速度：
該星球表面的第一宇宙速度為
第一宇宙速度為衛星在其表面附近做勻速圓周運動的線速度衛星的重力提供向心力,則：
歸納要點
1
衛星運行規律：高軌低速長周期
2
同步衛星：定軌道、定周期、定高度
3
第一宇宙速度：7.9km/s最小發射速度。
最大環繞速度
我們的征途是星辰大海

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