单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,同步卫星,1、围绕速度：,2,、角速度：,3,、周期：,4,、加速度：,推导人造卫星的围绕速度(即线速度)、角速度、周期T、加速度和轨道半径 的关系式,一整套数据,r,、,v,、,、,T,r,v,T,小结：,人造卫星的线速度大小,v,、周期,T,，,角速度,、加速度,a,与轨道半径,r,是一一对应的，,轨道半径确定后，另外四个量也就唯一确定了,。,留意：向心力=万有引力，与卫星质量有关。,【新课学习】,一、人造卫星的轨道,人造卫星的轨道按轨道倾角分为：,赤道轨道,、,极地轨道,和,倾斜轨道,。,人造地球卫星绕地球运行的轨道是一条封闭的曲线圆或椭圆。这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，轨道平面总是通过地心的。,以下两种卫星的轨道都是圆形的。,1.近地卫星,近地卫星的轨道半径r 地球半径R；,其围绕速度v=7.9km/s；,由此可得，卫星的周期,T=,它们分别是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,理论上的,最大线速度,和,最小周期,。,2、地球同步卫星,从地面上看，它是“静止的”。地球同步卫星跟地球有一样的周期，一样的角速度，相对地球是静止的因此又叫静止轨道卫星。轨道平面与地球的赤道平面重合。,F,万,F,向,F,同步卫星在北半球南半球定不住，同步不了,F,万,=,F,向,同步卫星只能在,赤道圈上空,才能定得住，才能同步,例1、地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G.,求：同步卫星离地面的高度h是多少？,小结：地球同步卫星的特点,1周期 ；,2角速度 ；,3围绕速度 ；,4向心加速度 ；,4轨道平面 ；,5高度,例2.关于同步卫星的以下说法中正确的选项是(),A运行速度大于7.9 km/s,B离地面高度确定，相对地面静止,C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大,D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等,比较：赤道上的物体和同步卫星,一样点：,不同点：,例3、地球同步卫星离地心的距离为 r，运动速度为 v1，加速度为 a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a2，第一宇宙速度为 v2，地球半径为 R，则以下关系正确的选项是 ,二、人造卫星的放射和轨道调整,1、人造卫星的放射,为了减小地球大气对火箭的影响，升空阶段火箭总是竖直放射的。为了减小地球自转带来的影响，升空后的火箭常常是自西向东运转。,例4、2023年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的修理任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如以下图。关于航天飞机的运动，以下说法不正确的有 ,A在轨道上经过A点的速度小于经过B点的速度,B在轨道上运动的周期小于轨道上运动的周期,C从圆形轨道进入椭圆,轨道必需在A点减速,D在轨道上经过A点的,加速度小于在轨道经过,A点的加速度,2,、轨道调整,在圆形轨道上运行的卫星，,后轨道将变为距离更远的椭圆轨道；,后轨道将变为距离更近的椭圆轨道。,在椭圆轨道上运行的卫星，在远地点,能变为半径更大的圆形轨道；在近地点,能变为半径更小的圆形轨道。,加速,减速,加速,减速,人造卫星 宇宙速度,理论的威力：猜测未知天体,亚当斯与勒维烈猜测在天王星四周还有一颗行星。,天王星,？,海王星,问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必需具备什么条件？,抛出的速度,v,越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？,现实：以多大的速度放射才不落回地面呢？,抱负与现实：人造卫星和宇宙速度,设想卫星围绕地球做匀速圆周运动，则地球对它的万有引力就是其所需的向心力。设地球质量为M，卫星质量为m，卫星速度为v，卫星到地心的距离为r，依据牛顿其次定律有:,G=6.67,10,-11,N,m,2,/kg,2,M=6.010,24,kg,=7.9km/s,这就是卫星在不同轨道运行时的速度表达式。,近地卫星,r,R,地,=6.410,6,m,1、建立模型：卫星绕地球做,匀速圆周运动,2、根本思路：向心力由地球对卫星的万有,引力供给,3、结论:卫星离地心越远，它运行的速度越慢。,4、v=7.9km/s是人造地球卫星在地面四周绕地球做匀速圆周运动所必需具有的最小放射速度，叫做第一宇宙速度，也叫围绕速度。,小 结 提 升,思考4：请推导卫星的线速度v、角速度、周期T、加速度a与轨道半径r的关系式。,线速度,v,：,角速度,：,周期,T,：,加速度,a,小结：,人造地球卫星,的线速度,v,、角速度,、周期,T,、加速度,a,都与,相匹配。,r,r,、,v,、,、,T,思考2:依据前面的学习可知,在地面四周万有引近,似等于重力，即 ，依据,g和R你能否推出“第一宇宙速度”？,解：由,可得：,思考3：卫星在轨道上围绕地球做匀速圆周运动，假设速度增大了，卫星还能在原来的轨道上运动吗？假设不能，将如何运动？,答：不能；卫星将在新的椭圆轨道上运动。,延长：1卫星的放射速度越大，其运行轨道离,地面将越远。,2假设放射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s时，卫星将绕地球做椭圆轨道运动。,3假设放射速度等于或大于11.2km/s时，卫星将摆脱地球的引力，成为绕太阳运动的人造卫星或飞到其他行星上去。人们将v=11.2km/s称为其次宇宙速度，又叫脱离速度。,(4)假设要使卫星摆脱太阳的引力，飞出太阳系，其放射速度至少要到达v=16.7km/s，这一速度称为第三宇宙速度，又叫逃逸速度。,围绕速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度,放射速度 指被放射物体离开地面时的水平初速度,区 别,v放射,v围绕,思考4：依据 可知，卫星轨道离地球越远，其运动速度越小。现在我们又得到一个结论：卫星的放射速度越大，其运行轨道离地面越远。这两者是否冲突呢？,答：不冲突。放射速度大时，由于万有引力缺乏以供给所需的向心力，卫星将做离心运动飞到较高的轨道，在此过程需要抑制地球的引力而消耗能量(减速)，速度将会减小。,小结：第一宇宙速度既是理论上使卫星围绕地球运动所需的最小的放射速度，也是理论上最大的围绕速度。,1、请推导人造卫星的角速度、周期T和轨道半径r的关系式。,解：设人造卫星的质量为m，地球质量为M，引力常量为G，人造卫星的向心力是由,供给的，因此有：,万有引力,角速度,：,周期,T,：,2、一星球的质量为M，半径为R，万有引力恒量为G，试计算：(1)该星球的第一宇宙速度为多大？(2)一质量为m的卫星在距离该星球外表距离为h的轨道上,运行的周期为多大？,解:1设卫星的质量为m,万有引力供给向心力,可得：,2同理可得：,解得：,三个等量关系,万有,引力,重力,向心力,mg,供给,需要,