卫星绕地球做匀速圆周运动

第六章万有引力与航天第五节宇宙航行人教版必修2嫦娥奔月敦煌飞天的壁画探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想，怎样才能实现这一梦想呢？一、牛顿的设想牛顿曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星，简称。人造卫星由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的引力提供向心力。探究问题一：思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？根据：卫星做圆周运动的向心力必须指向地心。想一想：速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？卫星运动轨道特点：万有引力提供向心力，所以轨道平面一定经过地球中心，卫星围绕地球的中心做匀速圆周运动。建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。GMmr2=mv2rv=GMr请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？二、宇宙速度1、第一宇宙速度即：卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度——第一宇宙速度思考：如果不知道地球的质量，但知道地球面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？由第一宇宙速度的计算方法二：则思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星，发射速度必须等于7.9km/s。所以宇宙第一速度是最小的发射速度。所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射速度就不能小于第一宇宙速度。即：人造卫星的运动有何规律？可见：v、ω、T与r为一一对应关系高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。FV思考：卫星运动的线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？所以7.9km/s是最小发射速度，也是最大环绕（运行）速度。思考：若发射速度大于7.9km/s，则人造卫星将如何运动？发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。3、第三宇宙速度大小：v=16.7km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外。发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。思考与讨论：人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小是多少？=84.6min或：思考：人造卫星的周期能否为24小时？三、梦想成真1、所谓地球同步卫星是指相对于地心静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。对同步卫星：其r、v、ω、T、均为定值计算同步卫星高度由万有引力提供向心力同步通讯卫星轨道半径：同步卫星的线速度解：由万有引力提供向心力故:将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯卫星的速率由此解出:同步卫星发射过程卫星的变轨问题四、梦想成真1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。世界航天史1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。1969年7月16日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。1981年4月12日，世界上第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。同年11月12日和1982年3月22日、6月27日又相继进行了3次试飞，均获得成功。但在2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员全部遇难。（其中有6名美国人、1名以色列人）1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。1970年，“东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。中国航天史风云一号风云二号中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。通信卫星1984年，试验通信卫星：“东方红”2号，标志着中国是世界上第5个能发射地球静止轨道卫星的国家。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。1992年，中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空。2005年10月12号，我国神州6号载人飞船发射升空，把费俊龙、聂海胜进入太空。伴随着“神舟”号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．