人造卫星专题(发射、回收、变轨)分解ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,卫星原理,卫星特点,同步卫星,1,探究问题一：,（,1,）如图所示，,a,、,b,、,c,三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？,a,b,c,提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心,探究问题一：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨,2,一.一般人造卫星的知识,1.,轨道平面与地轴间的夹角可以是任意的,.,但该平面一定通过地球球心,.,一.一般人造卫星的知识1.轨道平面与地轴间的夹角可以是任意的,3,卫星的轨道,赤道轨道,极地轨道,其他轨道,卫星的轨道赤道轨道,4,2,、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供,:,线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系：,2、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:线速,5,思考：对于绕地球运动的人造卫星：,（,1,）离地面越高，向心力越,（,2,）离地面越高，线速度越,（,3,）离地面越高，周期越,（,4,）离地面越高，角速度越,（,5,）离地面越高，向心加速度越,小,大,小,小,小,思考：对于绕地球运动的人造卫星：小大小小小,6,探究问题二：,（,1,）如图所示，,a,、,b,、,c,三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？,a,b,c,（,2,）这三条轨道中哪一条轨道中的卫星可能和地球自转同步？,探究问题二：（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨,7,二,.,同步卫星,1.,定义,:,相对地面静止的,和地球具有相同周期的卫星,.,。,二.同步卫星1.定义:相对地面静止的,和地球具有相同周期的卫,8,二,.,同步卫星,2.,同步卫星的轨道分析,同步卫星要定点在赤道上方,分析：若同步卫星位于 赤道平面外的某一点,则地球对它的万有引力,F,可分为一个绕地球地轴旋转的向心 力,F1,和一个使卫星向赤道平面 运动的力,F2,使卫星向赤道平面运动。,F,F,1,F,2,地轴,赤道,二.同步卫星2.同步卫星的轨道分析同步卫星要定点在赤道上方分,9,二,.,同步卫星,3.,计算同步卫星高度,万有引力提供向心力,同步通讯卫星轨道半径：,h+R=4.2,二.同步卫星3.计算同步卫星高度万有引力提供向心力同步通讯卫,10,二,.,同步卫星,4.,同步卫星的线速度,.,解：万有引力提供向心力 故 =,由此解出,v,=,将地球质量,M,及轨道半径,r,带入,二.同步卫星4.同步卫星的线速度.解：万有引力提供向心力,11,5.,几个问题,1,）、人造卫星为何向东发射？,2,）、至少几颗卫星才能覆盖整个赤道？,为了卫星之间不互相干扰，大约,3,0,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。,三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道,5.几个问题1）、人造卫星为何向东发射？2）、至少几颗卫星才,12,三.人造地球卫星中的超重和失重,1.,发射过程,2.,回收过程,3.,进入正常圆轨道,三.人造地球卫星中的超重和失重1.发射过程,13,三、人造卫星的超重和失重,1,、发射和回收阶段,发射,加速上升,超重,回收,减速下降,超重,2,、沿圆轨道正常运行,只受重力,a=g,完全失重,与重力有关的现象全部消失,天平,弹簧秤测重力,液体压强计,注意：无论哪种状态都是视重的变化，其重力不变。,三、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射加速上升超重回,14,四,.,卫星变轨,卫星的变轨问题由万有引力与向心力的大小比较判断得出：,F,mv,2,/r,卫星做近心运动,F,mv,2,/r,卫星做离心运动,由于技术上的原因，卫星的发射往往要分几个阶段，经过多次变轨后才能定点于预定的位置。,四.卫星变轨卫星的变轨问题由万有引力与向心力的大小比较判断得,15,视频,视频,16,v,1,v,2,v,3,v,4,例,如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在,P,点点火加速，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的,P,，远地点为同步轨道上的,Q,），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为,v,1,，在,P,点短时间加速后的速率为,v,2,，沿转移轨道刚到达远地点,Q,时的速率为,v,3,，在,Q,点短时间加速后,进入同步轨道后的速率为,v,4,。试比较,v,1,、,v,2,、,v,3,、,v,4,的大小，并用小于号将它们排列起来,_,。,v1v2v3v4例 如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个,17,v,1,v,2,v,3,v,4,P,Q,解答,:,根据题意有,v,2,v,1,v,4,v,3,而,v,1,、,v,4,是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的线速度，由下式,知,v,1,v,4,故结论为,v,2,v,1,v,4,v,3,卫星沿椭圆轨道由,P,Q,运行,时，由,机械能守恒,可知，其重,力势能逐渐增大，动能逐渐减小，因此有,v,2,v,3,卫星的回收实际上是卫星发射过程的逆过程,v1v2v3v4PQ解答:根据题意有v2v1,v4v3,18,1,、圆轨道（低）圆轨道（高）,（,1,）低轨道到高轨道：增大速度变轨，,（,2,）高轨道到低轨道：减小速度变轨，,P,Q,1,2,3,1、圆轨道（低）圆轨道（高）PQ123,19,2,、椭圆轨道 圆轨道,（,1,）远地点处变轨：速度,增大,进入高轨道。,（,2,）近地点处变轨：速度,减小,进入低轨道。,P,Q,1,2,3,2、椭圆轨道 圆轨道PQ123,20,飞船变轨,【,例,】,发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道,1,然后点火,使其沿椭圆轨道,2,运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道,3.,轨道,1,2,相切于,Q,点,轨道,2,3,相切于,P,点,如图所示,则当卫星分别在,1,2,3,轨道上正常运行时,下列说法中正确的是,:,()A.,卫星在轨道,3,上的速率大于在轨道,1,上,的速率,B.,卫星在轨道,3,上的角速度小于在轨道,1,上的角速度,C.,卫星在轨道,1,上经过,Q,点时的加速度大,于它在轨道,2,上经过,Q,点时的加速度,D.,卫星在轨道,2,上经过,P,点时的加速度等于,它在轨道,3,上经过,P,点时的加速度,BD,飞船变轨【例】发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,21,解：,不正确。应为,得,请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。,解：,由,，得,或由,得,启示：注意把握知识间的内在联系，构建知识网络。,【,例,】,（,2004,年广东卷）已知万有引力常量,G,，地球半径,R,，月球绕地球运动的轨道半径为,r,，同步卫星距地面的高度,h,，月球绕地球的运转周期,T,1,，地球的自转周期,T,2,，地球表面的重力加速度,g,。某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量,M,的方法：同步卫星绕地球作圆周运动，由,得,请判断上面的结果是否正确，并说明理由。如不正确，请给出正确的解法和结果。,解：不正确。应为 ,得 ,22,再见!,再见!,23,人造卫星专题(发射、回收、变轨)分解ppt课件,24,宇宙航行,宇宙航行,25,思考下列问题,1.,月球也要受到地球引力的作用，为什么 月亮不会落到地面上来？,2.,什么叫做人造地球卫星？,3.,子弹从枪膛射出，其轨迹如何,?,4.,物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系,?,5.,若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？,思考下列问题5.若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？,26,牛顿人造卫星原理图,牛顿的思考与设想：,抛出的物体速度,v,越大时，落地点越远，速度不断增大，将会成为人造卫星,牛顿和你们的想法一样，曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现。,牛顿人造卫星原理图牛顿的思考与设想：抛出的物体速度v越大时，,27,牛顿的设想过程,牛顿的设想过程,28,法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力,法二：重力提供物体作圆周运动的向心力,探究问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？,(,已知,=6.6710,-11,Nm,2,/kg,2,地球质量,M=5.8910,24,kg,地球半径,R=6400km),（若已知地球表面重力加速度,g=9.8m/s,2,，,R=6400km,）,法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作,29,一宇宙速度,1、第一宇宙速度（环绕速度）,v,1,=7.9km/s,它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度,说明：,（）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；,（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；,一宇宙速度 1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/,30,牛顿的设想过程,牛顿的设想过程,31,（,3,）如果大于,7.9,km/s,，,而小于,11.2,km/s,，,卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点,（3）如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫,32,、第二宇宙速度,（脱离速度）,这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的,人造行星,的最小发射速度,如果人造天体的速度大于11.2,km/s,而小于16.7,km/s，,则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点,v,2,=11.2 km/s,、第二宇宙速度（脱离速度）这是卫星挣脱地球的引力束缚，成,33,3、第三宇宙速度（逃逸速度）,这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度,如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了而成为,人造恒星,v,3,=16.7 km/s,3、第三宇宙速度（逃逸速度）这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小,34,一、宇宙速度,1,、第一宇宙速度：,(,环绕速度,）,V,1,=7.9km/s,地球,11.2km/sv7.9km/s,2,、第二宇宙速度：,(,脱离速度,),V,2,=11.2km/s,V,3,=16.7km/s,3,、第三宇宙速度：,（,逃逸速度,）,人造行星,人造恒星,人造卫星,一、宇宙速度1、第一宇宙速度：(环绕速度）V1=7.,35,近地卫星,r,v,其它卫星,二、人造卫星的发射速度和运行速度,发射速度与运行速度是两个不同的概念,（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道,（2）环绕速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度,近地卫星r v其它卫星 二、人造卫星的发射速度和运行速度,36,（,3,）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？,学生思考：,（,1,）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？,（,2,）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？,向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。,（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大,37,第一宇宙速度是最大环绕速度还是最小的环绕速度？,探究问题三：,第一宇宙速度是最小的发射速度,也是最大的环绕速度,结论,:,第一宇宙速度是最大环绕速度还是最小的环绕速度？探究问题三：第,38,能否发射一颗周期为,80min,的人造地球卫星？,探究问题四：,能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？探究问题四：,39,近地卫星的周期最小,我们不能发射一颗周期为,80min,的卫星,近地卫星的周期最小我们不能发射一颗周期为80min的卫星,40,解,1,：万有引力提供向心力,故 =,由此解出,v,=,若已知近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径,R,代表卫星到地心的距离,r，,地球半径,R=6400km，,地球质量,M=5.8910,24