3.4 人造衛(wèi)星 宇宙速度-2025版高中物理必修二同課異構(gòu)課件

人造衛(wèi)星宇宙速度

在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為了人造地球衛(wèi)星。思考與討論1:

地面上的物體，怎樣才能成為人造地球衛(wèi)星呢？300多年前，牛頓就已經(jīng)想過(guò)這個(gè)問(wèn)題。牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖v平拋洲際導(dǎo)彈人造衛(wèi)星增大人造衛(wèi)星設(shè)想設(shè)地球質(zhì)量為M，人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，試推導(dǎo)衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度a、線速度v、角速度ω、周期T的表達(dá)式？人造地球衛(wèi)星一、人造衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)特征

萬(wàn)有引力提供向心力．即:二、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征總結(jié)：一定四定。越遠(yuǎn)越慢發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的速度。v0環(huán)繞速度：發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的速度。v0環(huán)繞速度：是指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。方法一：已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2

，地球質(zhì)量M=5.89×1024kg，地球半徑R=6400km。探究問(wèn)題：請(qǐng)你替牛頓算一算，至少需要多大的速度v，物體才不會(huì)落回地球，而是像衛(wèi)星一樣繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？方法二：已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6400km。一、宇宙速度：1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s．它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度．說(shuō)明：（１）如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落回地面；

（２）等于這個(gè)速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；

發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星,如果它的軌道半徑是地球的4倍,它的軌道速度是第一宇宙速度的多少倍？例:解:萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力根據(jù)牛頓第二定律有設(shè)第一宇宙速度為,衛(wèi)星的軌道速度為整理得思考與討論2:高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個(gè)運(yùn)行速度大?發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的速度。運(yùn)行速度:是指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。思考與討論3:把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上，需要的發(fā)射速度越大還是越小?所以第一宇宙速度是“最小發(fā)射速度”，是“最大運(yùn)行速度”。思考與討論4:衛(wèi)星的r越大，需要的發(fā)射速度越大，而運(yùn)行速度越小，這是否矛盾呢？人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念1、A星球的第一宇宙速度為9km/s，已知B星球的質(zhì)量是它質(zhì)量的1/81，A星球半徑是B星球半徑的4倍，則B星球的第一宇宙速度約為

km/s解:2整理得GMvr=課堂練習(xí)：2、A星球的第一宇宙速度為9km/s，已知B星球的質(zhì)量是它質(zhì)量的1/81，A星球半徑是B星球半徑的4倍，則B星球的第一宇宙速度約為

km/s解:2整理得GMvr=課堂練習(xí)：11.2km/s>v>7.9km/s11.2km/s16.7km/s宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第二宇宙速度7.9km/s２、第二宇宙速度（脫離速度）

說(shuō)明：

這是衛(wèi)星脫離地球的最小發(fā)射速度．v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）

說(shuō)明：

這是衛(wèi)星脫離太陽(yáng)的最小發(fā)射速度．v3=16.7km/s

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/sM發(fā)射速度運(yùn)行速度二、人造衛(wèi)星軌道特點(diǎn)：所有人造地球衛(wèi)星的軌道都必須以地心為圓心或焦點(diǎn)。赤道軌道極地軌道一般軌道——衛(wèi)星軌道以地心為圓心衛(wèi)星的軌道平面模型：三種衛(wèi)星同步衛(wèi)星(通信衛(wèi)星)——與地球自轉(zhuǎn)同步，相對(duì)于地面靜止的衛(wèi)星。地球質(zhì)量M=6×1024kg，地球平均半徑為R=6.4×106m，試估算同步衛(wèi)星軌道高度h.（取兩位有效數(shù)字）h=r-R=3.6×107m=3.6×104km地球同步衛(wèi)星的“六定”參數(shù)運(yùn)行方向周期軌道高度速度加速度特點(diǎn)與地球自轉(zhuǎn)相同赤道的正上方計(jì)算或圖示與地球自轉(zhuǎn)周期相同模型：三種衛(wèi)星近地衛(wèi)星模型：三種衛(wèi)星1.近地衛(wèi)星的概念

近地衛(wèi)星思考與討論：人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期最小是多少？=84.6min或：思考：人造衛(wèi)星的周期能否為24小時(shí)？貼著地球表面繞地球赤道一圈的時(shí)間同步衛(wèi)星(橋梁)

同步衛(wèi)星VS近地衛(wèi)星