人造卫星 宇宙速度5.ppt

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人造卫星 宇宙速度5

2004.2.28 湖南隆回九中 刘艳华 人造卫星 宇宙速度 主讲 刘艳华 湖南隆回九中 智能目标 1.知道并理解人造卫星绕地球的运动可视为匀速圆周运动。 2.知道并理解人造卫星的第一宇宙速度,了解第二宇宙速度和第三宇宙速度。 3.能熟练运用万有引力定律和牛顿第二定律处理同步卫星问题。 引言 1957年10月4日,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元. 我国在1970年4月20日发射了第一颗人造地球卫星,现在已经世界上第五个依靠自己力量研制成功火箭发射卫星,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家. 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,预警卫星和测地卫星等种类. 科学技术的进一步发展,还可以建立空间站和宇宙飞船、航天飞机和外星探测器等等。 一.人造卫星地发射原理 请同学们思考下列问题: (1)在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体,不计空气阻力,它们的落地点相同吗? (2)假设被抛出物体的速度足够大,物体的运动情形又怎样呢? 3)什么叫人造卫星? 1: 它们的落地不同,速度越大,落地点离山脚越远。因为在同一座山上抛出,它们在空中运动的时间相同,速度大的水平位移大,所以落地点也较远。 2: 牛顿曾经设想过:从高山上用不同的水平初速度抛出物体,速度一次比一次大,落地点也一次比一次离山脚远,如果没有空气阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,它将围绕地球旋转,成为一颗绕地球运行的人造地球卫星,简称人造卫星。 答 如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大,那么它将不再落回地面,而成为一个绕地球运转的卫星,这个物体这时就可以被认为是一颗 人造地球卫星. 演示 牛顿曾经依据平抛现象设想了卫星的发射原理,但他没有看到他的设想得以实现.今天我们的科学家们把牛顿的设想变成了现实. 动画演示(牛顿的设想): 发射原理.SWF 神舟六号发射 思考: 当平抛物体的初速度足够大时就可以成为卫星,那么,大到什么程度就叫足够大了呢? 人造卫星的运动速率跟它的轨道半径之间有什么关系呢? 2.宇宙速度 请同学们思考下列三个问题: 卫星环绕地球运转的动力学方程是什么? 卫星环绕地球运行的速度怎样推导? 卫星环绕地球运行的速度跟哪些因素有关? 动力学方程: F引=Fn. 即: 推导 由 得 讨论 (1)由 GM一定 ,r越大,v越小。 (2)由 得 即:r越大,w则越小 (3)由 得 即:r越大,则T越大. 动画演示 线速度、角速度、周期跟高度的关系 请思考 距地面越高的卫星运转速率越小,那么,是向高轨道发射困难,还是向低轨道发射卫星困难呢? 向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难,因为向高轨道发射卫星,火箭要克服地球对它的引力要做更多的功;因此,在地面需要较大的发射速度将他发射上去。 深入探究: 人造卫星绕地球运转的最小半径是多少? (卫星运转的最小半径近似等于地球的的半径,即在地球表面附近绕地运转。此时,卫星的速度称为第一宇宙速度.) 在地球上空,最大的绕行速度是________. (第一宇宙速度.) 你能够推导出第一宇宙速度吗? (由动力学方程:F引=Fn且r=R 得: 由于万有引力近似等于物体的重力,所以动力学方程也可为: 另一种推导: 讨论 ⅰ第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度,为什么? (卫星进入轨道正常运转的最大绕行速度,即所有卫星的绕行速度都小于此速度。) ⅱ为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度? 发射卫星进入最低轨道必须具有的最小速度。 基础知识应用 (1)要使人造卫星绕地球运行,它进入地面附近轨道速度是v1 =_ _km/s,要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行,必须使它的轨道速度等于或大于v2=__km/s,要使它飞行到太阳系以外的地方,它的速度必须等于或大于v3=__km/s (7.9km/s; 11.2km/s; 16.7km/s) (2)关于第一宇宙速度,下面说法正确的是: A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造卫星的运行速度 C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度 (答:B C)      (1) 问题 什么叫第一宇宙速度,第二宇宙速度,第三宇宙速度? 人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度,叫 第一宇宙速度(环绕速度)。 当物体的速度等于或大于11.2KM/S时,就会脱离地球的引力,不再绕地球运行。这个速度就叫 第二宇宙速度(脱离速度)。 要想使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系

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