专题：高中物理人造卫星问题.ppt

天 体 运 动 问 题 人造卫星系列 把天体（或人造卫星）的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供 一.解决天体（卫星）运动问题的基本思路： (1)建立模型： 这是本章的主线索。 （2）在地面附近万有引力近似等于物体的重力， 这是本章的副线索。 若已知地球表面的重力加速度g和地球半径R，可以用gR2替换GM，由于这种代换的重要性，通常被称为黄金代换。 由上式得： 二、人造卫星的运动规律 可见：v、ω、T 和a与 r 为一一对应关系 人造地球卫星 问题：卫星的轨道圆心在哪儿？ 所有卫星的轨道圆心都在地心上 赤道卫星 极地卫星 其他卫星 赤道卫星 其他卫星 从卫星的受力角度分析：卫星的轨道有什么特点 轨道特点：万有引力提供向心力.所以轨道平面一定经过地球中心 对于圆轨道：地心位于其圆心； 对于椭圆轨道：地心位于一个焦点上。 例1.思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中不可以作为卫星轨道的是哪一条？ 提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心 二.两种最常见的卫星 轨道半径近似地可认为等于地球半径，速率v=7.9km/s，周期T=85min。在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大，周期最短。 神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为345 km，线速度约7.6km/s，周期约90min。 1.近地卫星 小资料： * 凡是近地人造卫星的问题都可从下列关系去列运动方程，即: 重力=万有引力=向心力 h 地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h ？ 2.同步卫星 ：地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定运行卫星. 关于地球同步卫星的五个“一定” ①轨道平面一定：轨道平面与 共面． ②周期一定：与地球自转周期 ，即T＝24 h. ③角速度一定：与地球自转的角速度 。 赤道平面 相同 相同 与地球自转方向相同即自西向东运动。 绕行方向： 3颗同步卫星可实现全球覆盖 1.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。 2.为了同步卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。 h=3.6×107m r=4.26×107m v=3.1km/s T=24h h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27天 h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=85分钟 同步卫星 近地卫星 月球 近地卫星、同步卫星、月球三者比较 比较赤道上的某一点、近地卫星、同步卫星的T、ω、v、a向 注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星： 　 半径R 周期T 向心力F 关系式 备注 赤道上物体 即为地球半径 与地球自转周期相同，即24h 此处的万有引力与重力之差 在赤道上与地球保持相对静止 近地卫星 即为地球半径 可求得T=85min 此处的万有引力 离地高度近似为0，与地面有相对运动 同步卫星 可求得距地面高度h≈36000km，约为地球半径的5.6倍 与地球自周期相同，即24h 此处的万有引力 轨道面与赤道面重合，在赤道上空，与地面保持相对静止 巩固与练习 （2011·北京）由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的： A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同 答案：A 如何发射同步卫星？ 三.卫星变轨问题 对于稳定运行状态的卫星： ①运行速率不变； ②轨道半径不变； ③万有引力提供向心力，即 成立. 其运行速度与其运行轨道处于一一对应关系，即每一轨道都有一确定速度相对应 而不稳定运行的卫星则不具备上述关系，其运行速率和轨道半径都在发生着变化。万有引力做功，我们将其称为不稳定运行即变轨运动。 当卫星所受万有引力刚好提供向心力时，它的运行速率就不再发生变化，轨道半径确定不变从而做匀速圆周运动，我们称为稳定运行. 1.卫星的变轨问题 ⑴当卫星速度增大时： 卫星做离心运动，轨道半径变大，到高轨道后达到新的稳定运行状态 卫星做向心运动，轨道半径减小，到低轨道后达到新的稳定运行状态 ⑵当卫星速度减小时： 卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断； 稳定在新轨道上的运行速度变化由 判断