1、關于人造衛星專題發射回收變軌第1頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四探究問題一：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛星軌道的是哪一條？abc提示：衛星作圓周運動的向心力必須指向地心第2頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四一.一般人造衛星的知識1.軌道平面與地軸間的夾角可以是任意的.但該平面一定通過地球球心.第3頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四衛星的軌道赤道軌道極地軌道其他軌道第4頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四2、衛星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:線速度、角速度、周期、向心

2、加速度與半徑的關系：第5頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四思考：對于繞地球運動的人造衛星：（1）離地面越高，向心力越 （2）離地面越高，線速度越（3）離地面越高，周期越（4）離地面越高，角速度越（5）離地面越高，向心加速度越小大小小小第6頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四探究問題二：（1）如圖所示，a、b、c三軌道中可以作為衛星軌道的是哪一條？abc（2）這三條軌道中哪一條軌道中的衛星可能和地球自轉同步？第7頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四二.同步衛星1.定義:相對地面靜止的,和地球具有相同周期的衛星.。第8頁，共43頁

3、，2022年，5月20日，18點46分，星期四二.同步衛星2.同步衛星的軌道分析同步衛星要定點在赤道上方分析：若同步衛星位于 赤道平面外的某一點,則地球對它的萬有引力F可分為一個繞地球地軸旋轉的向心 力F1,和一個使衛星向赤道平面 運動的力F2,使衛星向赤道平面運動。FF1F2地軸赤道第9頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四二.同步衛星3.計算同步衛星高度萬有引力提供向心力同步通訊衛星軌道半徑：h+R=4.2第10頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四二.同步衛星4.同步衛星的線速度.解：萬有引力提供向心力 故 =由此解出v =將地球質量M及軌道半徑r

4、帶入第11頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四5.幾個問題1）、人造衛星為何向東發射？2）、至少幾顆衛星才能覆蓋整個赤道？ 為了衛星之間不互相干擾，大約30左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。 三顆同步衛星反射信號可以覆蓋整個赤道第12頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四三.人造地球衛星中的超重和失重1.發射過程2.回收過程3.進入正常圓軌道第13頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四三、人造衛星的超重和失重1、發射和回收階段發射加速上升超重回收減速下降超重2、沿圓軌道正常運行只受重力a

5、 = g完全失重與重力有關的現象全部消失天平彈簧秤測重力液體壓強計注意：無論哪種狀態都是視重的變化，其重力不變。第14頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四四.衛星變軌衛星的變軌問題由萬有引力與向心力的大小比較判斷得出：F mv2/r 衛星做近心運動 F mv2/r 衛星做離心運動 由于技術上的原因，衛星的發射往往要分幾個階段，經過多次變軌后才能定點于預定的位置。 第15頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四視頻第16頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四v1v2v3v4例 如圖所示，某次發射同步衛星時，先進入一個近地的圓軌道，然后在

6、P點點火加速，進入橢圓形轉移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P，遠地點為同步軌道上的Q），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。設衛星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在P點短時間加速后的速率為v2，沿轉移軌道剛到達遠地點Q時的速率為v3，在Q點短時間加速后進入同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用小于號將它們排列起來_。第17頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四v1v2v3v4PQ解答:根據題意有v2v1,v4v3 而v1、v4是繞地球做勻速圓周運動的人造衛星的線速度，由下式知v1v4故結論為v2v1v4v3 衛星沿橢圓軌道由PQ運

7、行時，由機械能守恒可知，其重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，因此有v2v3 衛星的回收實際上是衛星發射過程的逆過程 第18頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四1、圓軌道（低） 圓軌道（高）（1）低軌道到高軌道：增大速度變軌，（2）高軌道到低軌道：減小速度變軌，PQ123第19頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四2、橢圓軌道 圓軌道（1）遠地點處變軌：速度增大進入高軌道。（2）近地點處變軌：速度減小進入低軌道。PQ123第20頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四飛船變軌【例】發射地球同步衛星時,先將衛星發射到近地圓軌道1,然后點火,

8、使其沿橢圓軌道2運行,最后再次點火,將衛星送入同步圓軌道3.軌道1,2相切于Q點,軌道2,3相切于P點,如圖所示,則當衛星分別在1,2,3軌道上正常運行時,下列說法中正確的是: ( )A. 衛星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B. 衛星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C. 衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過Q點時的加速度D. 衛星在軌道2上經過P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度BD第21頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四解：不正確。應為 ,得 請根據已知條件再提出兩種估算地球質量的方法并解得結果。解：由 ，得 或由 ,得啟示：

9、注意把握知識間的內在聯系，構建知識網絡。【例】（2004年廣東卷）已知萬有引力常量G，地球半徑R，月球繞地球運動的軌道半徑為r，同步衛星距地面的高度h，月球繞地球的運轉周期T1，地球的自轉周期T2，地球表面的重力加速度g。某同學根據以上條件，提出一種估算地球質量M的方法：同步衛星繞地球作圓周運動，由 , 得請判斷上面的結果是否正確，并說明理由。如不正確，請給出正確的解法和結果。第22頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四再見!第23頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四第24頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四宇宙航行第25頁，共4

10、3頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四思考下列問題1.月球也要受到地球引力的作用，為什么 月亮不會落到地面上來？ 2.什么叫做人造地球衛星？ 3.子彈從槍膛射出，其軌跡如何? 4.物體做平拋運動時，飛行的距離與飛行的水平初速度有何關系?5.若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會怎樣？ 第26頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四牛頓人造衛星原理圖牛頓的思考與設想：拋出的物體速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會成為人造衛星牛頓和你們的想法一樣，曾依據平拋現象猜想了衛星的發射原理，但他沒有看到他的猜想得以實現。第27頁，共43頁，2022年，5月20日，18

11、點46分，星期四牛頓的設想過程第28頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四法一：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力法二：重力提供物體作圓周運動的向心力探究問題一：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？(已知=6.6710-11Nm2/kg2 , 地球質量M=5.891024kg, 地球半徑R=6400km) （若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）第29頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四一宇宙速度 1、第一宇宙速度（環繞速度）v1=7.9km/s它是人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度

12、說明：（）如果衛星的速度小于第一宇宙速度，衛星將落到地面而不能繞地球運轉；（）等于這個速度，衛星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；第30頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四牛頓的設想過程第31頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四 （3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點 第32頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四、第二宇宙速度（脫離速度）這是衛星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發射速度如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km

13、/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點v2=11.2 km/s第33頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四3、第三宇宙速度（逃逸速度） 這是衛星掙脫太陽引力束縛的最小發射速度如果人造天體具有這樣的速度，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而飛到太陽系外了而成為人造恒星v3=16.7 km/s第34頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四一、宇宙速度1、第一宇宙速度： (環繞速度） V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2、第二宇宙速度：(脫離速度) V2=11.2km/sV3=16.7km/s3、第三宇宙速度：（

14、逃逸速度）人造行星人造恒星人造衛星第35頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四近地衛星r v其它衛星 二、人造衛星的發射速度和運行速度 發射速度與運行速度是兩個不同的概念 （1）發射速度：指被發射物在地面附近離開發射裝置時的初速度，并且一旦發射后就再無能量補充，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（2）環繞速度：是指衛星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度當衛星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度 第36頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四（3）發射速度和衛星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發射速度大說明什么

15、？衛星運轉速度大又說明什么？學生思考：（1）將衛星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？（2）所需要的發射速度，哪一個更大？為什么？向高軌道發射衛星時，火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。第37頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四第一宇宙速度是最大環繞速度還是最小的環繞速度？探究問題三：第一宇宙速度是最小的發射速度,也是最大的環繞速度結論:第38頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四能否發射一顆周期為80min的人造地球衛星？ 探究問題四：第39頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四 近地衛星的周期最小我們不能發射一顆周期為80min的衛星第40頁，共43頁，2022年，5月20日，18點46分，星期四解1：萬有引力提供向心力 故 =由此解出v =