6.5宇宙航行(一)卫星的圆周运动资料

第五节 宇宙航行一、人造卫星1、定义：指按万有引力规律在太空航行，并执行探索开发利用太空执行特殊任务的飞行器。

2、特点：与天然的环绕天体不同，其自带动力。

3、分类：（按运动高度）①低轨道卫星（小于1000）km ，此卫星又称近地卫星轨道。

②中轨道卫星（1000-20000）km ，此卫星又称近地卫星轨道③高轨道卫星（大于20000）km ，此卫星又称近地卫星轨道 说明：A 近地卫星的高度可忽略不计，即r=R 。

B 同步卫星的高度为3.6×107m ，属于高轨卫星。

4、人造卫星的两个速度：①发射速度：将卫星送入太空预定轨道所必须具有的速度；卫星的轨道越高，发射速度越大。

②环绕速度（运行速度）：卫星在预定圆轨道运动的线速度；卫星的轨道越高，运行速度越小。

5、卫星的轨道说明：①卫星的轨道可以是圆也可以是椭圆。

如果是圆地球处于圆心；如果是椭圆地球处于其中一个焦点上。

②卫星的轨道平面可以在赤道所在的平面上，也可以其他平面上，但圆心或焦点必定在地心处。

③卫星不可以在除赤道之外的任意纬度平面上，也不可以处在任意经度平面运动。

④高中阶段最常见的轨道为近地轨道和同步轨道。

二、宇宙速度1、宇宙速度：从地球表面向宇宙空间发射人造卫星，满足不同要求所需的最低发射速度。

2、第一宇宙速度：从地面上发射为使卫星不落回地面的最小发射速度。

①推导：；或或)Rg ()(1121212==⇒==v R GM v R v m mg R v m R GMm ；s km v /9.71=②理解：A 第一宇宙速度既是最小的发射速度，又是最大的环绕速度。

B 发射卫星时，当v=7.9km/s 时，万有引力恰好提供了卫星做匀速圆周运动的向心力；当v<7.9km/s 时，万有引力大于向心力，卫星做近心运动，即卫星最终落回地面；当v ＞7.9km/s 时，万有引力小于向心力，物体做离心运动。

3、第二宇宙速度：从地面上发射为使卫星脱离地球引力而不再绕着地球运行的最小发射速度。

6.5宇宙航行一．人造卫星1. 人造卫星 物体水平抛出，速度足够，物体就成为地球的卫星。

人造卫星的向心力由地球对卫星的引力提供。

人造卫星的两个速度：①发射速度 ②绕行速度。

发射速度越大，卫星离地面越高，卫星对地球的绕行速度越小。

2. 卫星的轨道 圆或椭圆轨道，（1）椭圆轨道时，地球位于一个焦点，满足开普勒三定律。

（2）圆轨道时，地心是圆轨道的圆心。

卫星轨道可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直（极地卫星），也可以和赤道平面成任一角度。

轨道半径可大可小（同步卫星半径一定）。

3. 卫星的运行——轨道半径r 与a 、v 、ω、T 的关系2222224GM a r a r ma v v r v m Mm r G m r r r m r T T r T ωωωπ⎧=⎪⎧⎪⎪⎪=⎪⎪⎪⎪=⇒⎨⎨⎪⎪=⎪⎪⎪⎪⎩⎪=⎪⎩（越大，越小）（越大，越小）（越大，越小）（越大，越大） 4. 近地卫星和同步卫星（1）近地卫星：卫星运行的轨道半径等于地球半径，运行速度为第一宇宙速度。

（2）地球同步卫星：相对地面静止，T=24 h2224()()Mm G m R h R h Tπ=++ 得 35800km h = 同步卫星一定位于赤道平面内，离地高度、线速度、角速度、周期都唯一确定。

5. 卫星变轨问题的分析 卫星在圆轨道做圆周运动，22Mm v G m r r= ，当速度由于某种原因改变时（开启或关闭发动机或空气阻力等），万有引力不等于向心力，卫星做变轨运动。

（1）v 增大时，所需向心力2v m r增大，万有引力不足提供向心力，卫星做离心运动。

（2）v 减小时，所需向心力2v m r减小，万有引力大于所需向心力，卫星做近心运动。

变轨运行各量之间的关系：12Q Q a a =，23Q Q a a =； 2132Q Q P P v v v v >>> 6. 人造卫星中的失重问题卫星m ：由万有引力提供向心力 22Mm Gm r rω=； 卫星中的物体0m ：由万有引力和支持力提供向心力2002N Mm G F m r r ω-= 两式可得，0N F =，所以卫星正常运转中物体完全“失重”。

6.5《宇宙航行》优质优秀课件ppt在高山上水平抛出物体，初速度越大，运动的情况如何？如果速度再大，又将如何？处理卫星问题：万有引力提供其绕中心天体做匀速圆周运动的向心力在天体表面附近运行r=R由黄金替换式宇宙航行1、牛顿的设想在1687年出版的《自然哲学之数学原理》中，牛顿设想抛出速度很大时，物体就不会落回地面。

一、人造卫星的发射原理设地球质量为M，半径为R。

人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。

推算在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v。

※卫星离地心越远，它运行的速度越小。

近地卫星的速度：（1）第一宇宙速度：v=7.9km／s2、卫星的发射（三种宇宙速度）①地球卫星的最小发射速度②地球卫星的最大环绕速度（2）第二宇宙速度：v＝11.2km／s （3）第三宇宙速度:v＝16.7km／s卫星挣脱地球束缚的最小发射速度卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度赤道轨道极地轨道倾斜轨道3、卫星的运行规律卫星在运行时，所需向心力由地球对它的万有引力提供，所以轨道中心一定是地球球心。

极地轨道一般轨道赤道轨道立体赤道平面问：哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自西向东同步地做匀速圆周运动。

※特点:(1)角速度,周期(T=24h)与地球相同(2)轨道平面与赤道平面重合(3)距地面高度一定(h=3.6×107m)4、同步卫星※所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上（2）第二宇宙速度：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）（3）第三宇宙速度：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）在高山上水平抛出物体，初速度越大，运动的情况如何？如果速度再大，又将如何？。