人造卫星小知识 ppt课件

③若天体在中心天体表面附近环绕中心天体运动，可认为其轨道半径 r 等于中心天体半
径 R，则中心天体密度 ρ＝G3Tπ2.可见，只要测出环绕中心天体表面运动的周期 T，就可估测
出中心天体的密度．
(1)不考虑天体自转，对任何天体表面都可以认为 mg＝GMRm2 .从而得出 GM ＝gR2(通常称为黄金代换)，其中 M 为该天体的质量，R 为该天体的半径，g 为相应天体表 面的重力加速度．
A．g/4 B．g/9 C．4g D．9g
解析：忽略地球自转，由牛顿第二定律分别得：在地球表面有 GMRm2 ＝mg；在距离地面 高 2R 处有 GM3Rm2＝mg′.联立解得 g′＝g9.故选项 B 正确．
(对应学生用书第 55～58 页)
万有引力定律的应用
1．基本方法 把天体(或人造卫星)的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．解决天体圆周运动问题的两条思路 (1)在地面附近万有引力近似等于物体的重力，F 引＝mg 即 GMRm2 ＝mg，整理得 GM＝gR2. (2)天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供，即 F 引＝F 向， 一般有以下几种表述形式： GMr2m＝mvr2，GMr2m＝mω2r，GMr2m＝m4Tπ22r.
4．三种宇宙速度
三种宇宙速度
第一宇宙速度 (环绕速度)
数值
意义
①卫星环绕地球表面运
行的速度，也是绕地球
做匀速圆周运动的最大
7.9 km/s
速度
Hale Waihona Puke ②发射卫星使卫星绕地球做匀速圆周运动的最
小地面发射速度
续表
三种宇宙速度
第二宇宙速度 (脱离速度)
第三宇宙速度 (逃逸速度)
数值

气象监测
通过卫星观测地球气象状 况，监测台风、暴雨、干 旱等气象灾害。
气候变化研究
利用卫星观测数据研究地 球气候变化规律，为环境 保护和可持续发展提供科 学依据。
科学研究
天文学研究
地理信息系统（GIS）
利用卫星观测宇宙天体，研究天文学 和天体物理学等领域。
利用卫星数据建立地理信息系统，为 地理信息管理和应用提供支持。
有效载荷的设计和制造需经过 精密的测试和验证，以确保其 在空间环境中的稳定性和可靠 性。
卫星发射与运行保障
卫星发射是将卫星送入预定轨道 的过程。
发射方式包括直接将卫星送入轨 道、通过其他航天器转移轨道等
。
卫星运行保障包括地面测控站、 数据接收站和数据处理中心等设 施，用于监测和控制卫星的运行
状长
03
随着智能手机的普及和自动驾驶技术的发展，导航卫星市场需
求将不断增长，为产业发展带来新的机遇。
卫星产业政策与法规
国际政策与法规
国际电信联盟（ITU）是负责制定和协调卫星频率和轨道资源 的国际组织，各国政府也通过制定相关政策和法规来促进本 国卫星产业的发展。
环境监测
利用卫星观测地球环境状况，监测环 境污染和生态变化。
04
卫星技术发展现状与趋势
卫星技术发展现状
通信卫星
目前全球通信卫星已实现大规模 覆盖，为全球用户提供语音、数
据和视频传输服务。
遥感卫星
遥感卫星技术已广泛应用于气象观 测、地理信息获取、资源调查等领 域。
导航卫星
全球定位系统（GPS）已成为人们 日常生活中的重要组成部分，为交 通、物流、渔业等领域提供精准定 位服务。
03
卫星应用领域
通信与广播

3、同步卫星只有一个轨道，且这个轨道一定在赤道的上
空。轨道高度按下式来计算：
= GMm
(R+h)2
m 4π2 T2
(R+h)
GMm mg≈
R2
3
h = GMT2 －R=3.56×107m
4π2
3
= h R2gT2 －R
4π2
4、同步卫星的运行速度：V=ω(R+h) = 2π (R+h)=3.1km/s
2、角速度随轨道半径的关系：
GMm = mω2r
r2
ω=
GM r3
可见：卫星绕行的角速度随轨道半径增大而减小。
3、周期随轨道半径的关系：
= GMm
r2
m 4π2 T2
r
= T
4π2r3
GM
可见：卫星绕行的周期随轨道半径增大而增大。
三、宇宙速度
1、第一宇宙速度
(1)推导：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，卫星 运动的速度为V.
解：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地面的卫星运行 速度小，但是，向高轨道发射卫星却比向低轨道发射卫星 要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的 引力做更多的功，所以高轨道卫星需要的发射速度比低轨 道卫星的发射速度大。该说法是错误的。
3、金星的半径是地球半径的0.95倍，质量是地球的0.82倍，
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
基本思路：把卫星围绕地球的运动看成是一种匀速圆周运动，则所受的引 力充当其作圆周运动的向心力。
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
1、线速度随轨道半径的关系：
GMm = mV2
r2

卫星导航原理
01
导航信号
卫星导航系统通过发射无线电导航信号，为地面用户提供位置、速度和
时间信息。导航信号通常包括伪距测量信号、载波相位测量信号等。
02 03
定位原理
利用卫星导航信号，地面用户可以通过测量伪距和载波相位等信息，解 算出自身的位置、速度和时间。通常采用最小二乘法等优化算法进行定 位解算。
人造卫星的发展历史
早期探索
20世纪初，科学家们开始研究如 何将飞行器送入太空。经过数十 年的理论研究和技术实验，人类 终于掌握了制造和发射卫星的关
键技术。
第一颗人造卫星
1957年10月4日，苏联成功发射 了世界上第一颗人造卫星“斯普 特尼克1号”（Sputnik 1），标
志着人类正式进入太空时代。
人造卫星小知识课 件
目录
• 人造卫星概述 • 人造卫星的技术原理 • 人造卫星的应用领域 • 人造卫星的未来展望 • 人造卫星与我们的生活 • 人造卫星常识拓展
01
人造卫星概述
人造卫星的定义
• 定义：人造卫星是由人类制造、发射并控制运行于地球大气层 外的飞行器。它们围绕地球或其他行星运行，执行各种科学、 技术、军事和商业任务。
卫星通信使得地球上任何地方的移动通信成为可能，即便在偏远 地区也能实现电话、短信、数据传输等业务。
宽带互联网接入
通过卫星通信技术，为农村、偏远地区提供宽带互联网接入服务， 消除数字鸿沟，促进教育、医疗等资源的均衡分配。
应急通信
在自然灾害、区与外界的通信联系。
通过卫星观测地球，保护我们的家园
气象观测
气象卫星可以实时监测全球范围内的气象变化，为天气预报、气 候研究提供重要数据支持。
环境监测与保护

第一宇宙速度：v=7.9km/s
最小的发射速度 最大的环绕速度 近地卫星的环绕速度
讨论3：在地面附近发射飞行器时如果发射 速度大于7.9Km/S，或者更大时会对飞行器 的运行轨道有何影响？
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二、宇宙速度（3）
B V0
V1=7.9Km/s 第一宇宙速度
A
V2 =11.2Km/s
C
❖ A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地 心的距离可按需要选择不同值
❖ B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地 距离是一定的
❖ C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离 可按需要选择不同值
❖ D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离 是一定的
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布置作业：
活动与探究：请你收集有关资料，写一篇科学 报告，参考题材如下（也可自己另选题材）。
半径越大，环 绕速度越小。
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二、宇宙速度（2）
V GM r大V小 r
讨论2：向高轨道 发射卫星容易还是 向低轨道发射卫星
容易？
低轨道 高轨道
——虽然“R大，V小”，但向高 轨道发射卫星比向低轨道发射 卫星难。 ——因为向高轨道发射卫星， 火箭要克服地球引力对它的引 力做的功多。
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现月球表面软着陆并采样返回。
只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实
施载人登月。
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小结
1、人造卫星 2、宇宙速度
第一宇宙速度：V1=7.9km/s，卫星 刚好能在地表附近作圆周动（1、
近地卫星的环绕速度；2、卫星的最小 发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）
第二宇宙挣速脱度地：球V引2=1力1.束2k缚m/s,卫星 第三宇宙挣速脱度太：阳V引3=1力6.束7k缚m/s,卫星

g0=8.Biblioteka m/s2金星第一 宇宙速度
v=
Gm r
=
0.82GM =
0.95R
0.82 0.95
v1
=7.3km/s
课堂小结：
１、在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时 才能成为一颗人造地球卫星。 ２、人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨
道半径的关系
３、第一宇宙速度即为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速度。
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
基本思路：把卫星围绕地球的运动看成是一种匀速圆周运动，则所受的引 力充当其作圆周运动的向心力。
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
1、线速度随轨道半径的关系：
GMm = mV2
r2
r
V=
GM r
可见：卫星绕行轨道半径越大，绕行速度越小。
影响聚落形成和发展的因素
水源充足 地形平坦
交通便利
聚落
土壤肥沃
• 世界各地的民居有着不同的建筑风格。这 些民居既能适应当地的自然地理环境，又 与居民的社会经济生活密切联系。
你能解释下面两种民居建筑特色形成的原因吗？
• 寒冷地区的民居墙体厚实，屋内建有壁 炉或火炕，窗户比较小，有的窗户还装 上双层玻璃。在冬天积雪较多的地方， 屋顶大多高耸。
由于卫星运动所需的向心力是由万有引力提供的，所以，
GMm = mV2
r2
r
1
从上式可以看出: V r
V=
GM r
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
对于靠近地面的卫星(近地卫星)，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，可以求出：

人造卫星的动力学关系
M m v2 G 2 =m r r Mm G 2 = mw2 r r
Mm 2π G 2 = m r r T
2
G M v= r
地球
ω=
G M r3
r3 T =2 π G M
Mm F合 = ma = G 2 r
G M a= 2 r
它们与卫星的质量有关 系吗？ （无关）
这是个人迈出的一小步，但却是人类迈出 的一大步。
1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫 星飞上了天。
我国“飞天” 我国“飞天”梦
•1992年中国航天工 年中国航天工 程启动
•2003年10月15日9时， 中国自行研制的“神舟” 五号载人飞船，在酒泉 卫星发射中心发射升空 后，准确进入预定轨道， 中国首位航天员杨利伟 被顺利送上太空。
v = m R
2
v=
GM ≈ 7 . 9 km / s R
V是一个只与地球有关的量，它是人造地球卫星的 是一个只与地球有关的量， 最大运行速度（卫星做匀速圆周运动时） 最大运行速度（卫星做匀速圆周运动时）。
若此时卫星的运行速度（线速度）变 小将会出现什么现象？
G Mm R
2
> m
v R
2
地球引力大于卫星所需的向心力 卫星做什么运动？ 向心运动 卫星将落向地球 即此速度为卫星的最小发射速度 这就是第一宇宙速度(7.9Km/s) 这就是第一宇宙速度(7.9Km/s)
靠近地面运行的人造卫星（近地轨道卫星），可 靠近地面运行的人造卫星（近地轨道卫星），可 以认为此时的轨道半径r 近似等于地球的半径R 以认为此时的轨道半径r 近似等于地球的半径R
（已知地球半径R、质量M和引力常量G （已知地球半径R、质量M和引力常量G） 求近地轨道卫星的线速度大小。

• • •
为低轨道卫星、中轨道卫星，高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、 大椭圆轨道卫星和极轨道卫星；按用途区分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。 人造卫星的运行轨道（除近地轨道外）通常有三种：地球同步轨道，太阳同步轨道，极轨轨道。 ①地球同步轨道是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道。但其中有一种十分特殊的轨道，叫地球静 止轨道。这种轨道的倾角为零，在地球赤道上空35786千米。地面上的人看来，在这条轨道上运行的卫 星是静止不动的。一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。地球同步轨道有无数条， 而地球静止轨道只有一条。 ②太阳同步轨道是绕着地球自转轴，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度 (360度/年）的轨道，它距地球的高度不超过6000千米。在这条轨道上运行的卫星以相同的方向经过同 一纬度的当地时间是相同的。气象卫星、地球资源卫星一般采用这种轨道。 ③极地轨道是倾角为90度的轨道，在这条轨道上运行的卫星每圈都要经过地球两极上空，可以俯视整个 地球表面。气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、军用卫星常采用此轨道。
科学卫星：送入太空轨道，进行大气物理、天文物理、地球物理等实验或测试 的卫星，如中华卫星一号、哈伯等。 通信卫星：做为电讯中继站的卫星，如：亚卫一号。 军事卫星：做为军事照相、侦察之用的卫星。
•
• •
气象卫星：摄取云层图和有关气象资料的卫星。
资源卫星：摄取地表或深层组成之图像，做为地球资源探勘之用的卫星。 星际卫星：可航行至其它行星进行探测照相之卫星，一般称之为「行星探测 器」，如先锋号、火星号、探路者号等。
•
• • • • •
俄罗斯科学家说，如果不是因为苏联面临着核威胁，“斯普特尼克”号可能要到很久之后才会升空。

完成目标四：了解人类探索宇宙的成就
中国航天史：
1、1992年中国载人航天工程正式启动。
2、2003年的我国神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一 位航天员杨利伟送入太空。 3、2005年10月12日—17日，神舟六号载人飞船发射成功，完成真正意义上有 人参与的空间科学实验。航天员费俊龙、聂海胜。 4、我国探月计划 2004年－2007年 ，主要是发射“嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期1 年 的全球性、整体性和综合性探测。 2007年－2012年 为“落”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月 球巡视探测。 2012年－2017年 为“回”的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆并采 样返回。
2 2
距地高度h的计算： 设地球质量与半径分别为M、R，同步卫星质量为m,距地高度为h
2
3
4 内，不能位于赤道平面的上方或下方？ （3 ）距离地面的高度一定（约距地面 GMT 6.67 10 5.89 10 (8.64 103.6 ) ×10 ㎞ ） h r R R 6.4 10
C、
R2 g hR
D、
Rg
完成目标四：了解人类探索宇宙的成就
世界航天史：
1、 第一颗人造地球卫星是苏联于1957年10月4日发射 成功
2、第一艘载人飞船苏联的“东方一号”与1961年4月
12日发射成功。 3、人类第一次登上月球是美国的 “阿波罗11号”与 1969年7月16日9时32分升空。 4、人类第三个独立开展载人航天活动的是中国的“神州5 号” 与2003年10月15日9时在酒泉卫星中心发射成功。将第一 位航天员杨利伟送入太空。
从远古时代起人们就有了想绕地球运行、奔向月 球、甚至飞向宇宙的梦想，直到300年前牛顿的出现 才提出了一种能够使物体成为“地球的人造卫星”的 构想。大家通过预习已经知道他的这个构想是受了平 抛运动的启发 而提出的？我们一起来看一下他的这 个构想.