1、3.4 3.4 人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度第三章第三章 万有引力定律万有引力定律知识回顾知识回顾：1.1.万有引力定律的表达式？万有引力定律的表达式？2.2.行星运动向心力的来源？行星运动向心力的来源？3.3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？迹将如何变化？古人的梦想古人的梦想 在在14世纪中国明代，有一位叫世纪中国明代，有一位叫万户万户的军的军中工匠，制造了一把中工匠，制造了一把“飞天椅飞天椅”，并在椅子后，并在椅子后面捆绑了面捆绑了47支支“飞龙飞龙”火箭，试图乘坐它上天火箭，试图乘坐它上天飞行。万户坐到椅子内，
2、手持两只大风筝，飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝，点燃火箭，点燃火箭，“飞龙飞龙”火箭把座椅推向半空，随火箭把座椅推向半空，随风筝飞了起来，但很快一声爆炸，风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅飞天椅”摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告失败。失败。万户是世界上第一个利用火箭向太空万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为此他被世界公认为“真正的航天始祖真正的航天始祖”，为了，为了纪念这位世界航
3、天始祖，世界科学家将月球纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为上的一座环形火山命名为“万户山万户山”。万户飞天万户飞天万户飞天万户飞天地球地球太阳太阳恒星恒星行星行星认识卫星认识卫星月亮月亮人造卫星人造卫星卫星卫星人造卫星人造卫星 1957年年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元我国在元我国在1970年年4月月20日发射了第一颗人造日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌
4、握卫星回力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家家 卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类预警卫星和测地卫星等种类300年前牛顿的猜想年前牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿思考讨论思考讨论1:1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢人造卫星呢?齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基前苏联发射的第一颗人造地球卫星前苏联发射的第一颗人造地球卫
5、星“东方红一号东方红一号”中国第一颗人造地球卫星中国第一颗人造地球卫星“宇宙航行之父宇宙航行之父”各种各样的卫星返回一、理性的思维过程一、理性的思维过程地球地球高山高山从高山上用不同的从高山上用不同的水平速度抛出物体，水平速度抛出物体，速度一次比一次大，速度一次比一次大，落地点就一次比一落地点就一次比一次远，当速度足够次远，当速度足够大时，物体就将永大时，物体就将永远不会落到地面上，远不会落到地面上，它将围绕地球旋转它将围绕地球旋转成为一颗地球运动成为一颗地球运动的人造地球卫星。的人造地球卫星。人造卫星的发射过程：人造卫星的发射过程：1 1、在实验、在实验室组装飞船室组装飞船 飞船飞船分为轨道
6、实分为轨道实验仓、返回验仓、返回仓、动力仓仓、动力仓三部分三部分2、将飞船装入运载火箭、将飞船装入运载火箭3、飞船从总装、飞船从总装系统移向发射塔系统移向发射塔 4、飞船进入、飞船进入发生勤务塔发生勤务塔5、发射升空、发射升空神六的发射神六的发射视频视频19611961年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号加加林乘坐东方一号载人飞载人飞船进入太空船进入太空，实现了人类进，实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。19691969年年7 7月月2020日，阿波罗日，阿波罗1111号号将人类送上了月球将人类送上了月球。梦想成真，展望未来梦想成真，展望未来19701970
7、年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 我国的航天成就我国的航天成就20032003年年1010月月1515日日神舟五号杨利伟神舟五号杨利伟嫦娥工程 2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工程已经完成嫦娥三号
8、卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。截止2016年4月北斗卫星发射完成60%西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心 风雪中领命出征风雪中领命出征四川科技馆南极南极北极北极极地卫星极地卫星南极南极北极北极赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道卫星轨道特点：卫星轨道特点：所有卫星的轨道都必须以地心为轨道圆心或焦点。温馨提示：请做笔记！轨道位置：轨道位置：以下那些轨道是可能的？以下那些轨道是可能的？与赤道共面轨道与赤道共面轨道通过两极点
9、上空轨道通过两极点上空轨道与赤道成某一角度的圆轨道与赤道成某一角度的圆轨道重力重力=万有引力万有引力=向心力向心力22=MmvmgGmrr卫星运行规律卫星运行规律rMm假设：假设：人造卫星质量为m，地球质量为M，人造卫星到地心的距离为r。讨论：讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角速度w、周期T分别怎么变化？rGMv=（1）（4）rTm2)2(GMrT32（2）2rGMmma2rGMa（3）2rGMmrm23rGMr越大，有：v越小，a越小，w越小，T越大。理想模型理想模型圆形轨道圆形轨道2rGMm2rGMmrvm2 对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为
10、对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为此时的此时的r r近似等于地球半径近似等于地球半径R R，把，把r r用地球半径用地球半径R R代代入，可以求出入，可以求出skmsmvRGM/9.7/624111037.61098.51067.61 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运的圆周运的最大环绕速度最大环绕速度，叫做，叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度。.第一宇宙速度（环绕速度）二、二、宇宙速度宇宙速度人造卫星的发射速度与运行速度人造卫星的发射速度与运行速度 rGMv rV发V环 温馨提示：请做笔记！达到达到第二宇宙速度第二宇宙速度的物体还受到太阳
11、的引力的物体还受到太阳的引力V=16.7km/s V1=7.9km/s1、第一宇宙速度第一宇宙速度：v=7.9km/s(地面附近、匀地面附近、匀速圆周运动）速圆周运动）地球11.2km/sv7.9km/sV2=11.2km/s2、第二宇宙速度、第二宇宙速度：当物体：当物体的速度大于或等于的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。太阳的引力。V3=16.7km/s3、第三宇宙速度、第三宇宙速度：如果物
12、体的速度等于或大于：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度第三宇宙速度。赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜倾斜轨道轨道同步同步轨道轨道自转轴自转轴卫星的轨道卫星的轨道同步卫星图片三、地球同步卫星三、地球同步卫星（P54发展空间）发展空间）定平面定平面：轨道平面一定在赤道平面内：轨道平面一定在赤道平面内定位置定位置：在赤道正上方相对地面静止：在赤道正上方相对地面静止定周期定周期：运动周期等于地球自转的周期：运动周期等于地球自转的周期 T24h=8
13、6400s定轨道定轨道：轨道离地高度：轨道离地高度h=36000km定速度定速度：线速度大小：线速度大小v=3.08km/s温馨提示：请做笔记！1、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星、同步卫星由于其收发信号方便、稳定，所以一般被用来作为通讯卫星2、大约大约3 3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120120颗。可见颗。可见空间位置也是一种资源。空间位置也是一种资源。想一想:哪一个是同步卫星？通讯卫星高度相同高度相同在赤道上方在赤道上方三颗同步卫星三颗同步卫星可以覆盖全球可以覆盖全球h0R=6.4x106
14、mT=24hh=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh0r=6.4106mv=7.9km/sTmin=84分钟分钟同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较地球赤道上物体、近地卫星、同步卫星、月球四者比较赤道上的物体赤道上的物体h=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天月球月球500千米以下的航天器,计算时轨道半径可近似取地球半径温馨提示：请做笔记！1 1、已知地表的重力加速度、已知地表的重力加速度g g，地球半径，地球半径R R ，地球自转周期地球自转周期T T，求同步卫星距地面的高度？，求同步卫星距地面的高度？2
15、2、同步卫星质量、同步卫星质量m m，离地面高，离地面高h h，地球半径，地球半径R R，地球表面的重力加速度，地球表面的重力加速度g g，地球自转角速度地球自转角速度；则同步卫星受地球的引力为：；则同步卫星受地球的引力为：A A、0 0 B B、mgRmgR2 2/(R+h)/(R+h)2 2C C、m m 3 3 R R2 2gg4 4D D、以上结论都不正确、以上结论都不正确(B(B、C)C)RghTR32224 3 3、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种、在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做学说叫做 宇宙膨胀说宇宙膨胀说，这种学说认为万有引，这种学说认为万有引力常量力常量G G在缓慢地减小。根据这一理论，在很久在缓慢地减小。根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比比:():()A A、公转半径、公转半径R R 较大较大 B B、公转周期、公转周期T T 较小较小 C C、公转速率、公转速率v v 较大较大 D D、公转角速度、公转角速度较小较小BCBC
