7.4.2宇宙航行：人造卫星及其轨道 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4 宇宙航行（2）： 人造卫星及其轨道 【回顾】三个宇宙速度（都是发射速度！发射后做无动力飞行！） ①第一宇宙速度：7.9 km/s，物体_______________________________的速度； ②第二宇宙速度：11.2 km/s，使卫星____________________的最小发射速度； ③第三宇宙速度：16.7 km/s，使卫星____________________的最小发射速度。 在地球表面绕地球做匀速圆周运动 挣脱地球引力束缚 挣脱太阳引力束缚 v0＜7.9km/s时：______________。 7.9km/s＜v0＜ 11.2km/s时：_______________________________； 11.2km/s＜v0＜ 16.7km/s时：_______________________________； v0＞ 16.7km/s时：_____________。 落回地球 绕地球做椭圆轨道运动 脱离地球束缚，在太阳系中运动 飞离太阳系 绕火卫星的发射速度 绕月卫星的发射速度 mg 第一宇宙速度 v = 7.9 km/s，两种求法： ① ② v F引 万有引力提供向心力 重力提供向心力 需要注意：上述宇宙速度的都是基于理想化模型讨论的结果（真实情况：不可能贴地飞行、有空气阻力） v F引 大气层 v F引 近地卫星参数： 轨道半径 r ≈R地= 6400 km； 环绕速度v=发射速度= km/s ； 环绕周期T= ≈ 分钟 。 7.9 85 地轴 人造卫星的分类： 切记：无论是哪种卫星，一定只能绕地心运动！轨道平面一定过地心！（想一想为什么？） 任务一：有很多卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径r不同。请分析：卫星在不同轨道运动的v、ω、T、a向是否相同？ 地球 近地卫星 同步卫星 中轨道卫星 r 结论： （1） v、ω、T、a向与 r 一一对应。 （2）r 增大时，v ↓ ， ω ↓ ，a向 ↓ ，T ↑ ，即 “高轨低速大周期”。 （3）卫星的最大环绕速度是 7.9km/s ；但同时：卫星的最小发射速度也是 7.9km/s 。 运动得越慢 该结果与行星绕太阳运动的规律一致！ （背后原因：运动均由万有引力“控制”） 口诀：“爬上高层，就可以干得慢一些” 例1. 一卫星围绕地球作半径为r的匀速圆周运动，周期为T，要想使其周期变为2T，可行的办法是（ ）。 A. 根据T=，所以只使半径 r 变为原来的2倍即可； B. 根据T=，所以只使速度 v 大小变为原来1/2即可； C. 轨道半径变为 r 即可； D. 以上方法均可以 任务二：已知同步卫星绕地心做匀速圆周运动，其周期与地球自转周期相同，T=24h，地球半径 R=6.4×106m，地球质量 M≈6.0×1024 kg，G = 6.67×10-11 N•m2/kg2，请计算地球同步卫星的轨道半径 r 的大小。 地球 同步卫星 r 1. 同步卫星：只要周期 T=24h ，离地面高度h ≈ 6R地 ≈ 36000km的都是地球同步卫星； 2. 静止轨道同步卫星：轨道面必须与 赤道 面重合，始终相对地球静止。 (1)定方向：与地球自转方向相同，即自 向 运动; (2)定周期：与地球自转周期相同，即 T=      h； (3)定位置：位于　     的正上方，即轨道在     平面内； (4)定高度：离地面高度为 h = r-R地= 6R地=36000 km。 地球同步卫星 静止轨道同步卫星有可能经过北京上空吗？ 为什么静止轨道同步卫星都扎堆在同一轨道？ …… 例2（《导学案》P155 变式）：有a、b、c、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，向心加速度为a1；b处于近地圆轨道上，正常运行速度为v1；c是地球同步卫星，离地心距离为r，运行速率为v2，加速度为a2；d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，已知地球的半径为R，则有(　) a与b的线速度的大小关系如何？ a与b的向心加速度的大小关系如何？ $$