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1、6.5 宇宙航行宇宙航行计算中心天体的两条基本思路计算中心天体的两条基本思路1.重力重力等于等于万有引力万有引力2RMmGmg 22222()MmvGmammrmrrrT 向2.万有引力万有引力提供提供向心力向心力6.5 宇宙航行宇宙航行6.5 宇宙航行宇宙航行300300多年前，牛顿提出设想：多年前，牛顿提出设想：从高山上从高山上水平抛出的物体速度一次比一次大时，水平抛出的物体速度一次比一次大时，落地点就一次比一次远。如果物体速度落地点就一次比一次远。如果物体速度足够大，物体就永远不会再落回地面它足够大，物体就永远不会再落回地面它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动将围绕地球旋转，成为一颗绕地
2、球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。的人造地球卫星，简称人造卫星。那么这个速度需要多大呢？那么这个速度需要多大呢？6.5 宇宙航行宇宙航行各种各样的卫星6.5 宇宙航行宇宙航行人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因人造卫星绕地球匀速圆周运动的原因人造卫星受到地球对它的万有引力作用，人造人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。供。人造卫星的运行规律人造卫星的运行规律设地球质量为设地球质量为M，卫星质量为，卫星质量为m，卫星的绕行，卫星的绕行速度速度v、角速度、角速度、周期、周期T、向心加速度向心加速度a与轨与轨道半径道半径 r 的关系的关系 人造地球卫星人造
3、地球卫星6.5 宇宙航行宇宙航行人造卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：人造卫星运动的线速度、角速度、向心加速度和周期：rGM(3)由由 得：得：3rGM(4)由由 得：得：可见：卫星运动情况可见：卫星运动情况(a、V、T)是是由由 r r 惟惟 一决定一决定(2)由由 得：得：GM mr2=mv2rGM mr2=m2rGM mr2=m()rT2GM42r3(1)由由 得：得：aGM mr2=maGMr2记忆口诀：记忆口诀：“一定而四定一定而四定”6.5 宇宙航行宇宙航行 练习：对于绕地球运动的人造卫星练习：对于绕地球运动的人造卫星（1）离地面越高，线速度越）离地面越高，线速度越（2）
4、离地面越高，周期越）离地面越高，周期越（3）离地面越高，角速度越）离地面越高，角速度越（4）离地面越高，向心加速度越）离地面越高，向心加速度越（5）离地面越高，向心力越）离地面越高，向心力越小小长长小小小小小小6.5 宇宙航行宇宙航行1234v1v2=v3v4T1T2=T32=34 人造地球卫星的运动规律人造地球卫星的运动规律6.5 宇宙航行宇宙航行近地卫星近地卫星 近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径。近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径。近地卫星的速度是多少呢？近地卫星的速度是多少呢？11226.67 10/GN mkg已知：66.37 10Rm245.89 10Mkg1124
5、66.67 105.89 1016.37 10/7.9/GMRvm skm s 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度最低发射速度，叫，叫做做第一宇宙速度第一宇宙速度。也也是稳定时是稳定时最大最大环绕速度环绕速度地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,地面对车的支持力为零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少grv skmsm/9.7/100064008.9此时:第一宇宙速度2vmgmr解：由可知：由此可见：由此可见：v=7.9km/s，这就是物体
6、在地面附近绕地球做，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度宇宙速度地面附近发射地面附近发射飞行器，如果飞行器，如果它的速度大于它的速度大于7.9km/s会怎样会怎样呢？呢？二、宇宙速度二、宇宙速度6.5 宇宙航行宇宙航行二、宇宙速度二、宇宙速度1 1、第一宇宙速度：、第一宇宙速度：(环绕速度环绕速度）V1=7.9km/s地球11.2km/sv7.9km/s2 2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：(脱离速度脱离速度)V2=11.2km/sV3=16.7km/s3 3、第三宇宙速度：（、第三宇宙速度：（逃逸
7、速度逃逸速度）17.9/GMvkm sR17.9/vgRkm s法二：211.2/vkm s316.7/vkm s人造行星人造行星人造恒星人造恒星人造卫星人造卫星【答案】【答案】C【答案】【答案】B22GMmvmrr赤道轨道赤道轨道极地轨道极地轨道倾斜轨道倾斜轨道思考思考:同步卫星的轨道属于哪一种？同步卫星的轨道属于哪一种？6.5 宇宙航行宇宙航行地球同步卫星地球同步卫星 1、定义、定义所谓地球同步卫星，是相对于地面所谓地球同步卫星，是相对于地面静止静止的和地球具有相同的和地球具有相同周期周期的卫星，同步卫的卫星，同步卫星必须位于星必须位于赤道平面内赤道平面内，且到地面的，且到地面的高高度一定
8、度一定。则：则：r v a “全部固定全部固定”T固定固定三、同步卫星三、同步卫星 1、同步卫星：、同步卫星：相对于地面静止的人造卫星，它相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自西向东同步地做匀速圆周运在轨道上跟着地球自西向东同步地做匀速圆周运动，动，轨道平面与赤道平面重合，轨道平面与赤道平面重合，T24h.2、同步卫星的高度、同步卫星的高度h（距地表的距离）（距地表的距离）由由F引引=Fn有：有：）（hRTmhRMmG22)2()(hR解得解得:h=5.5R要实现信号覆盖全球，不仅需要同步卫要实现信号覆盖全球，不仅需要同步卫星，还需要倾斜轨道卫星。星，还需要倾斜轨道卫星。为了卫星之间不
9、互相干扰，为了卫星之间不互相干扰，大约大约3左右才能放置左右才能放置1颗，这样颗，这样地球的同步卫星只能有地球的同步卫星只能有120颗。颗。空间位置是一种空间位置是一种极其有限的资源极其有限的资源。思考：思考：全球有哪些卫星导航定位系统？全球有哪些卫星导航定位系统？为什么我国要自主研发北斗卫星导航系统？为什么我国要自主研发北斗卫星导航系统？u 科技强国，梦想成真科技强国，梦想成真【答案】【答案】BC美国全球卫星导航定位系统美国全球卫星导航定位系统GPS俄罗斯格罗纳斯系统俄罗斯格罗纳斯系统 欧洲伽利略系统欧洲伽利略系统中国的北斗卫星系统中国的北斗卫星系统1、维护国家安全的需要；、维护国家安全的需
10、要；现代战争拼的是高科技，高科技的武现代战争拼的是高科技，高科技的武器都离不开卫星导航系统的制导。器都离不开卫星导航系统的制导。要实现主权的独立，要实现主权的独立，就不能依赖别国的导就不能依赖别国的导航系统航系统。2012年年12月月27日，日，“北斗北斗”卫星导卫星导航系统航系统开始向亚太大部分地区开始向亚太大部分地区正式提供正式提供连续天源定位、导航、授时等服务。连续天源定位、导航、授时等服务。如果北斗卫星全面建成，我国将成为如果北斗卫星全面建成，我国将成为少数拥有自主卫星导航服务的国家之一，少数拥有自主卫星导航服务的国家之一，国家综合实力会有进一步的增强。国家综合实力会有进一步的增强。“
11、北斗北斗”，既是中国的，也是世界的。，既是中国的，也是世界的。“北斗北斗”卫星导航系统卫星导航系统预计到预计到2020年完全建成年完全建成，它将为，它将为全球用户提供稳定、可靠、优质的导航服务，全球用户提供稳定、可靠、优质的导航服务，并与世界其他导航系统携手，共同促进人类文并与世界其他导航系统携手，共同促进人类文明和社会发展。明和社会发展。为我国能拥有为我国能拥有独立的独立的卫星导航通讯技术、载卫星导航通讯技术、载人航天技术、月球探测技术而骄傲，这是我们人航天技术、月球探测技术而骄傲，这是我们国家国家富强与文明富强与文明的标志，也是我们的标志，也是我们实现中国梦实现中国梦的地方。的地方。“北斗
12、北斗”之路还在继续，还有很多技术需要突之路还在继续，还有很多技术需要突破，全球织网之路还未完成，需要更多的人投破，全球织网之路还未完成，需要更多的人投身到这一事业当中，为建设更强大的中国而努身到这一事业当中，为建设更强大的中国而努力！力！作业作业 选选历史的同学：完成历史的同学：完成全优课堂全优课堂p96第第4、8、9题题 选选物理物理的的同学：完成同学：完成全优课堂全优课堂p95第第9题，题，p96第第4、8、9、13题题 预习课本预习课本p44-476.5宇宙航行宇宙航行提交提交作业只需拍下不理解的题作业只需拍下不理解的题作业作业 选选历史的同学：完成历史的同学：完成全优课堂全优课堂p38
13、例例2、优化训练、优化训练2、3，p40第第1、3题题 选选物理物理的的同学同学：完成完成全优课堂全优课堂p38例例2、优化训练、优化训练2、3，p40即时训练即时训练 预习要点预习要点4，卫星变轨问题，卫星变轨问题提交提交作业只需拍下不理解的题作业只需拍下不理解的题思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让其，要想让其 在在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？三、变轨三、变轨VF引rvmF2向2rMmGF 引向引FF F引引F向向F引引F向向卫星变轨原理卫星变轨原理MmA点速度点速度内小外大内小外大（在（在A点看轨迹）点看轨迹）在在A点万有引力点
14、万有引力相同相同A思考：思考：人造卫星在人造卫星在低轨道上运行低轨道上运行，要想让其在，要想让其在高轨道上运行高轨道上运行，应采取什么措施？，应采取什么措施？在在低轨道上加速低轨道上加速，使其沿，使其沿椭椭圆轨道圆轨道运行，当行至椭圆轨运行，当行至椭圆轨道的道的远点远点处时再次处时再次加速加速，即，即可使其沿可使其沿高轨道运行高轨道运行。卫星变轨原理卫星变轨原理1 1、卫星在二轨道相切点、卫星在二轨道相切点万有引力万有引力相同相同速度速度内小外大内小外大（切点看轨迹）（切点看轨迹）2 2、卫星在椭圆轨道运行、卫星在椭圆轨道运行近地点近地点-速度速度大大，动能大，动能大远地点远地点-速度速度小小
15、，动能小，动能小221RMmGRmv122222,vRMmGRmv使使卫星加速到R卫星在圆轨卫星在圆轨道运行速度道运行速度V1V2900减小减小卫星变轨原理卫星变轨原理223LMmGLmv卫星变轨原理卫星变轨原理2244LMmGLmvv，使，使使卫星加速到使卫星加速到1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点运行；最后再次点火将其送入同步圆轨道火将其送入同步圆轨道3。轨道。轨道1、2相切于相切于P点，点，2、3相切于相切于Q点。当卫星分别在点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以上正常运行时，以下说法正确的是（下说法正确的是（）A、在轨道、在轨道3上的速率大上的速率大 于于1上的速率上的速率 B、在轨道、在轨道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、在轨道、在轨道2上经过上经过Q点时点时 的速率等于在轨道的速率等于在轨道3上经过上经过Q点时的速率点时的速率 D、在轨道、在轨道1上经过上经过P点时的加速度等于在轨道点时的加速度等于在轨道2上上 经过经过P点时的加速度点时的加速度 QQP P231BD
