1、第 三 章3.4人造衛星、宇宙速度第1頁，共31頁。課標定位1、了解人造衛星的相關知識；2、掌握人造衛星的運行規律；3、知道三個宇宙速度，并能計算第一宇宙 速度；4、通過了解人造衛星的運行原理，認識萬 有引力定律對科學發展所起的作用；課時一第2頁，共31頁。閱讀教材p52p54，思考并回答：1、什么是衛星 ? 什么是人造衛星 ? 3、什么是同步衛星 ? 什么是近地衛星 ? 2、怎樣計算衛星的繞行速度、周期、角速度 ?4、什么是宇宙速度 ? 怎樣計算第一宇宙速度 ? 第3頁，共31頁。一、什么是衛星 ? 什么是人造衛星 ? 1衛星：一些自然的或人工制造的、能在太空中繞行星運動的物體。2人造衛星：

2、人類應用火箭技術結合各種先進技術，發射到太空中的用于通信、導航、收集氣象數據和其他許多領域內進行科學研究的繞地球運動的儀器。第4頁，共31頁。3、人造衛星的運行規律：（v、w、T） 地球對衛星的萬有引力提供衛星做圓周運動的向心力。說明：人造衛星的軌道可以是圓也可以是橢圓，只有是圓的時候上述規律才適用。 由于萬有引力始終指向地心，所以衛星的軌道平面必過地心。第5頁，共31頁。一般衛星極地衛星赤道衛星第6頁，共31頁。 地面上的物體，怎樣才能成為繞地球表面運動的人造地衛星呢？ 發射速度不能小于7.9km/s播放【問題】怎樣計算這個最小發射速度呢？（設地球質量為M，半徑為R，引力常量為G）這樣的衛星

3、軌道半徑為多少？ 軌道半徑為地球的半徑即r=R地繞地球表面（表面附近）運行的衛星我們把它稱為近地衛星第7頁，共31頁。7.9km/s等于近地衛星的運行速度。7.9km/s是發射人造衛星的最小發射速度。（若小于7.9km/s則地球引力大于衛星所需要的向心力，衛星將落回地面）由 知r越大，v越小，r越小，v越大。則7.9km/s是衛星最大的運行速度。第一宇宙速度第8頁，共31頁。二、什么是宇宙速度? 1、第一宇宙速度（環繞速度）：v=7.9千米/秒；（能夠使衛星環繞地球運行所需的最小發射速度）怎樣求解第一宇宙速度？交流討論 怎樣得到的？第9頁，共31頁。3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千

4、米/秒；（衛星掙脫太陽束縛所需的，在地球表面發射的最小速度）2、第二宇宙速度（脫離速度）：v=11.2千米/秒； （衛星掙脫地球束縛所需的，在地球表面發射的最小速度）第10頁，共31頁。第11頁，共31頁。三、什么是同步衛星？它有怎樣的特點？1、運行方向一定。（與地球自轉方向一致）2、周期和角速度一定。（運行周期與地球自轉周期相同T24 h）地球同步衛星的特點（5個一定） 所謂地球同步衛星是指相對于地面靜止的人造衛星第12頁，共31頁。軌道高度一定。（所有的同步衛星的軌道高度為一個定值，即所有的同步衛星處在同一軌道上）代入數據得：h=3.6107(m)3、軌道一定軌道平面一定。（要與地球同步，

5、同步衛星的軌道平面必須與赤道平面共面，即所有同步衛星都在赤道的正上方）第13頁，共31頁。5、向心加速度一定。4、速度一定。解得： 一定=由第14頁，共31頁。【說明】1、為了同步衛星之間不互相干擾，大約3左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。2、同步衛星主要用于通訊。要實現全球通訊，只需三顆同步衛星即可。第15頁，共31頁。【練習1】人造衛星以地心為圓心做勻速圓周運動，下列說法正確的是() A.半徑越大，速率越大，周期越小 B.半徑越大，速率越小，周期越大 C.所有衛星的角速度相同，與半徑無關 D.所有衛星的速率均相同，與半徑無關B第16頁，共31頁

6、。【練習2】 如圖所示，a、b、c是大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛星，a、b質量相同且小于c的質量，下面說法正確的是()Ab、c的線速度大小相等且大于a的線速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度。C. b、c的周期相等且大于a的周期。Db、c的向心力相等且大于a的向心力。Cabc第17頁，共31頁。【例題3】人造衛星的天線偶然折斷，天線 將做（ ） A.自由落體運動 B.平拋運動 C.遠離地球飛向太空 D.繼續和衛星一起沿軌道運轉 D第18頁，共31頁。【例題4】下列關于同步通信衛星的說法中不正確的是 ()A同步通信衛星和地球自轉同步衛星的高度和速率都是確定的。B同步通信衛星

7、的角速度雖已被確定，但高度和速率可以選擇高度增加，速率增大。高度降低，速率減小，仍同步。C我國發射第一顆人造地球衛星的周期是114 min， 比同步通信衛星的周期短，所以第一顆人造衛星離地面的高度比同步衛星低D同步通信衛星的運行速率比我國發射的第一顆人造衛星的運行速率小B第19頁，共31頁。【例題5】金星的半徑是地球的0.95倍，質量為地球的0.82倍，已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s則金星的第一宇宙速度是多大 ?【解】設地球半徑為R，金星的半徑為R=0.95R，地球質量為M，金星質量M =0.82m，金星的第一宇宙速度為v1，則由題可得：對地球：對金星：得：得：第20頁，共31頁。課標

8、定位課時二1、理解掌握近地衛星、同步衛星和赤道上 隨地球自轉的物體三種勻速圓周運動的 異同。2、同步衛星變軌問題的分析與處理。3、掌握雙星問題的處理方法。第21頁，共31頁。一、近地衛星、同步衛星和赤道上隨地球 自轉的物體三種勻速圓周運動的異同動力學規律：近地衛星和同步衛星都只受萬有引力作用，滿足萬有引力充當向心力所決定的天體運行規律。赤道上的物體由萬有引力的分力充當向心力)，它的運動規律不同于衛星的運動規律比較方法：同步衛星與赤道上物體比較。同步衛星與近地衛星比較。第22頁，共31頁。1、軌道半徑：近地衛星與赤道上物體的軌道半徑相同，同步衛星的軌道半徑較大。r同r近r物2、運行周期：T物=T

9、同 T近 （ 軌道半徑大的周期就大，所以T同 T近 ） 3、角速度：W近 W同W物 （由 知：軌道半徑大的角速度就小，所以 W近 W同 ）4、線速度：V近 V同 V物 （由V=rw知：角速度相同，軌道半徑大的線速度就大，所以 V同 V物 。由 知軌道半徑大的線速度就小，所以V近 V同）第23頁，共31頁。=5、向心加速度： 由 知： 知： 注意：近地衛星、同步衛星和赤道上隨地球自轉的物體向心力來源不一樣，切不可把它們看成同類型的圓周運動來比較。二、同步衛星變軌問題的分析與處理。若供需，供求平衡物體做勻速圓周運動若供需，供不應求物體做離心運動若供需，供過于求物體做向心運動第24頁，共31頁。pQ

10、ABC 同步衛星的發射和回收過程一般需要對衛星加速或減速，使其變軌，并逐步把衛星送到更高的軌道或更低的軌道，從而達到衛星的發射和回收。如下圖:先把衛星送到離地面較低的圓軌道A，在P點經過點火加速，把衛星送到橢圓軌道B，然后在Q點再次加速，把衛星送到同步衛星軌道上。VAPVBPVBQVCQVCQVAPVAQVCQVAPVBPaAP=aBPaBQ=aCQaCQaAPaBQ=aCQaAP=aBP第25頁，共31頁。 變軌問題比較切點速度時不能直接由此處 （ ）來比較。它只適用圓軌道的比較，橢圓軌道不適用。關鍵看是加速還是減速來比較。同樣比較切點處加速度時也不能用 來比較。關鍵看此處的合力，即要用 來

11、比較。 =注意：思考：同一軌道運行的兩顆衛星，其中一顆 加 速或減速，兩衛星會相撞嗎？為什么？第26頁，共31頁。A衛星在軌道B上由P向Q運動的過程中速率越來越小B衛星在軌道C上經過Q點的速率大于在軌道A上經過P點的速率C衛星在軌道B上經過P點時的向心加速度與在軌道A上經過P點的向心加速度是相等的D衛星在軌道B上經過Q點時受到地球的引力小于經過P點時受到地球的引力【練習】 如上圖所示，軌道A與軌道B相切于P點，軌道B與軌道C相切于Q點，以下說法正確的是( )ACD第27頁，共31頁。三、雙星問題的分析與處理 兩顆離得很近的恒星稱為雙星，這兩顆星必須以一定速率繞某一中心轉動，才不至于由于萬行引力

12、作用而吸引在一起。已知質量分別為ml、m2，相互之間的距離為L，引力常量為G.試求這兩顆星轉動中心的位置距m2的距離 這兩顆星的轉動線速度。om1m2特點：m1、m2周期角速度相等。m1、m2向心力大小相等， 為它們之間的萬有引力。第28頁，共31頁。解析：設m1、m2做圓周運動的半徑分別為r1、r2,角速度均為。根據題意有： r1+r2=L 根據萬有引力定律和牛頓運動定律,有：由解得：r1= r2= 第29頁，共31頁。【練習】（08寧夏理綜23)天文學家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運行的兩顆恒星稱為雙星.雙星系統在銀河系中很普遍.利用雙星系統中兩顆恒星的運動特征可推算出它們的總質量.已知某雙星系統中兩顆恒星圍繞它們連