1、第五節 宇宙航行 高一物理備課組 2013年4月11日 兩兩條條基基本本思思路路2、萬有引力提供向心力、萬有引力提供向心力1、萬有引力等于重力、萬有引力等于重力請同學們寫出衛星請同學們寫出衛星v、an以及以及T的大小的大小:1、計算公式：、計算公式：2、計算結果：、計算結果：計算公式：計算公式： 計算結果：計算結果： 結論：結論：222224nMmvGmm rmrmarrT332r=2nGMvrGMwrGMTrGMa 軌道半徑大軌道半徑大的衛的衛星，線速度星，線速度 小小 ，角速度角速度 小小 ，向，向心加速度心加速度 小小 ，周期周期 大大 。（填。（填“大大”“”“小小”） 人造地球衛星繞

2、地球做勻速圓周運動，它需要的向人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動，它需要的向心力是由誰提供的？設地球和衛星的質量分別為心力是由誰提供的？設地球和衛星的質量分別為M和和m，衛星到地心的距離為衛星到地心的距離為r,衛星運動的速度為衛星運動的速度為v，請你用學過，請你用學過的知識推導出衛星在軌道上運動速度的知識推導出衛星在軌道上運動速度v的表達式。若的表達式。若M地地=5.981024 kg, rR地地=6.40106m， 計算出運動速度的大小：計算出運動速度的大?。禾骄刻骄?【問題一】至少至少以多大的速度拋出這個物體，它才會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？繞地球表面運動，

3、不會落下來？ 思路一：由于衛星運動所需的向心力是由萬由于衛星運動所需的向心力是由萬有引力提供有引力提供思路二：重力提供物體作圓周運動的向心力重力提供物體作圓周運動的向心力(若已知地表重力加速度若已知地表重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km)(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？衛星運轉速度大又說明什么？(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？學生思考：學生思考：歸納提升 1、發射速度 2、宇宙速度 3、運行速度： （1）勻速圓周運動的速度 （2）橢圓軌道上的速度 4、三種速度間的關系： 當堂訓

4、練1、以下說法正確的是（ ）A、第一宇宙速度是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運的速度B、第一宇宙速度是使物體成為一顆人造衛星理論上最小發射速度C、在地面附近發射衛星，如果發射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運行的軌跡就是橢圓D、紫金山天文臺發現的“吳健雄星”直徑為32km，密度與地球相同，則該小行星的第一宇宙速度大小約為20m/sE、以地心為焦點的橢圓軌道 2、可以發射一顆這樣的人造地球衛星，使其軌道面（ ）A、與地球表面上某一緯度線（非赤道）是共面同心圓；B、與地球表面上某一經度線所決定的圓是共面同心圓；C、與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛星相對地球表面靜止；D

5、、與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛星相對地球表面運動；針對性練習下列軌道中不可能是衛星繞地球運行的軌道的是（下列軌道中不可能是衛星繞地球運行的軌道的是（ ） D 3、關于第一宇宙速度，下列說法不正確的是（）A. 它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度B. 它等于人造地球衛星在近地圓形軌道上的運行速度C. 它是能使衛星在近地軌道運動的最小發射速度D. 它是衛星在橢圓軌道上運動時的近地點速度 地球同步衛星地球同步衛星相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛星，同步衛星有以下幾個特點：的衛星，同步衛星有以下幾個特點：1.運行方向與地球自轉方向一致運行方向與

6、地球自轉方向一致2. 運轉運轉T, 與地球自轉與地球自轉T, 相同相同T24 h.3.軌道平面在赤道平面上軌道平面在赤道平面上，即所有的同步衛星，即所有的同步衛星都在赤道的正上方都在赤道的正上方4. 高度固定不變離地高度高度固定不變離地高度H=36000KM所有同步衛星的周期所有同步衛星的周期T、軌道半徑、軌道半徑r、環繞速、環繞速度度v、角速度、角速度及向心加速度及向心加速度a的大小均相同的大小均相同探究探究二二 1、如圖所示，發射同步衛星時，先將衛星發射至近地圓、如圖所示，發射同步衛星時，先將衛星發射至近地圓軌道軌道1，然后經點火使其沿橢圓軌道，然后經點火使其沿橢圓軌道2運行；最后再次點運

7、行；最后再次點火將其送入同步圓軌道火將其送入同步圓軌道3。軌道。軌道1、2相切于相切于P點，點，2、3相切于相切于Q點。當衛星分別在點。當衛星分別在1、2、3上正常運行時，以上正常運行時，以下說法正確的是（下說法正確的是（ ） A、在軌道、在軌道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率 B、在軌道、在軌道3上的角速度上的角速度 小于小于1上的角速度上的角速度 C、在軌道、在軌道2上經過上經過Q點時點時 的速率等于在軌道的速率等于在軌道3上經過上經過Q點時的速率點時的速率 D、在軌道、在軌道1上經過上經過P點時的加速度等于在軌道點時的加速度等于在軌道2上上 經過經過P點時的加速度點時的加速

8、度 QQP P231BD5同步衛星離地心的距離為，運行速度為，加速度，地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度第一宇宙速度為，地球的半徑為，則（ ）A B c DRraa21 rRaa21rRVV212221rRVV 6、已知地球的半徑是、已知地球的半徑是6400km，地球自轉的周期，地球自轉的周期24h，地，地球質量球質量5.891024kg, 引力常量引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2, 若要若要發射一顆地球同步衛星，試求：發射一顆地球同步衛星，試求：(1)地球同步衛星的離地面高度地球同步衛星的離地面高度h. (2)地球同步衛星的環繞速度地球同步衛星的環繞速度v. 結論：結論： 地

9、球同步衛星必地球同步衛星必須發射在赤道正上方的固定高須發射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環繞地度，并且以固定的速度環繞地球做圓周運動。球做圓周運動。 空間站實際上就是一個載有人的人造空間站實際上就是一個載有人的人造衛星，那么，地球上的人如何登到空間站，衛星，那么，地球上的人如何登到空間站，空間站上的人又如何返回地面？這些活動空間站上的人又如何返回地面？這些活動都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個宇宙飛船與空間站對接的問題。個宇宙飛船與空間站對接的問題。思考：思考：能否把宇宙飛船先發射到空間站的能否把宇宙飛船先發射到空間站的同一軌道上，再通過加速去

10、追上空同一軌道上，再通過加速去追上空間站實現對接呢？間站實現對接呢？三、宇宙飛船與空間站對接三、宇宙飛船與空間站對接7、宇宙飛船和軌道空間站在同一軌道上運動、宇宙飛船和軌道空間站在同一軌道上運動若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是：追上軌道空間站，可采取的方法是： ( )A飛船加速直到追上飛船加速直到追上B飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站，完成對接加速追上空間站，完成對接C飛船加速至一個較高軌道再減速追上空飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站，完成對接間站，完成對接D無論飛船采

11、取何種措施，均不能與空間無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接站對接B“高軌低速長周期高軌低速長周期”極地軌道極地軌道一般軌道一般軌道赤道軌道赤道軌道所有衛星都在以地心為圓所有衛星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上心的圓（或橢圓）軌道上平面平面立體立體赤道平面赤道平面 已知：地球質量已知：地球質量M，半徑，半徑R，衛星距地面高度，衛星距地面高度h，引，引力常量力常量G .請你利用已學的知識，請你利用已學的知識， 探究衛星繞地球的運探究衛星繞地球的運行速度行速度v 、周期、周期T與高度與高度h的關系的關系.月球月球月月球球軌軌道道地球地球地月轉移軌道地月轉移軌道點火加速點火加速減速制動減速制

12、動月球探測衛星發射 例例11 我國發射的探月衛星我國發射的探月衛星“嫦娥一號嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質量約為地球質量的且貼近月球表面。已知月球質量約為地球質量的1/801/80，月球的半，月球的半徑約為地球半徑的徑約為地球半徑的1/41/4，地球第一宇宙速度約為，地球第一宇宙速度約為7.9km/s7.9km/s，求，求“嫦嫦娥一號娥一號”探月衛星繞月球運行的速率？探月衛星繞月球運行的速率？ 例例22如圖所示，如圖所示，a a、b b、c c是地球大氣層外圓形軌道上是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛星，運行的三顆人造地球衛星，a a、b b質量相同，且小于質量相同，且小于c c的質量，則（的質量，則（ ） A.b所需向心力最大所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于周期相等