专题高中物理人造卫星问题.pptx

把天体（或人造卫星）的运动看成是把天体（或人造卫星）的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供一一.解决天体（卫星）运动问题的基本思路：解决天体（卫星）运动问题的基本思路：(1)(1)建立模型：建立模型：这是本章的这是本章的主线索主线索。（2）在地面附近万有引力近似等于物体的重力，）在地面附近万有引力近似等于物体的重力，这是本章的这是本章的副线索副线索。若已知地球表面的重力加速度若已知地球表面的重力加速度g和地球半径和地球半径R，可以，可以用用gR2替换替换GM，由于这种代换的重要性，通常被称，由于这种代换的重要性，通常被称为为黄金代换黄金代换。由上式得：由上式得：二、人造卫星的运动规律二、人造卫星的运动规律可见：可见：v v、T T 和和a a与与 r r 为一一对应关系为一一对应关系人造地球卫星人造地球卫星问题：卫星的轨道圆心在哪儿？问题：卫星的轨道圆心在哪儿？所有卫星的轨道圆心都在地心上所有卫星的轨道圆心都在地心上赤道卫星赤道卫星极地卫星极地卫星其他卫星其他卫星赤道卫星赤道卫星其他卫星其他卫星从卫星的受力角度分析：从卫星的受力角度分析：卫星的轨道有什么特点卫星的轨道有什么特点轨道特点：万有引力轨道特点：万有引力提供向心力提供向心力.所以轨所以轨道平面一定经过地球道平面一定经过地球中心中心对于圆轨道：地心位对于圆轨道：地心位于其圆心；于其圆心；对于椭圆轨道：地心对于椭圆轨道：地心位于一个焦点上。位于一个焦点上。例例1.思考与讨论：如图所示，思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四四条轨道中不可以作为卫星轨道的是哪一条条轨道中不可以作为卫星轨道的是哪一条？提示：提示：卫星作圆周卫星作圆周运动的向心力必须运动的向心力必须指向地心指向地心二二.两种最常见的卫星两种最常见的卫星 轨道半径近似地可认为等于地球半径，轨道半径近似地可认为等于地球半径，速率速率v v=7.9km/s=7.9km/s，周期，周期T T=85min=85min。在所有绕。在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速线速度最大度最大，周期最短周期最短。神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为神舟六号飞船的运行轨道离地面的高度为345 km345 km345 km345 km，线速度约，线速度约，线速度约，线速度约7.6km/s7.6km/s7.6km/s7.6km/s，周期约，周期约，周期约，周期约90min90min90min90min。1.近地卫星近地卫星小资料：小资料：7凡是凡是近地人造卫星近地人造卫星的问题都可从下的问题都可从下列关系去列运动方程，即列关系去列运动方程，即:重力重力=万有引力万有引力=向心力向心力h地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h h？2.同步卫星同步卫星：地球同步卫星是地球同步卫星是相对地球表面静止相对地球表面静止的的稳定运行稳定运行卫星卫星.关于地球同步卫星的五个关于地球同步卫星的五个“一定一定”轨道平面一定：轨道平面与轨道平面一定：轨道平面与共面共面周期一定：与地球自转周期周期一定：与地球自转周期，即，即T24 h.角速度一定：与地球自转的角速度角速度一定：与地球自转的角速度 。赤道平面赤道平面相同相同相同相同与地球自转方向相同即与地球自转方向相同即自西向东运动自西向东运动。绕行方向：绕行方向：3 3颗同步卫星可实现全球覆盖颗同步卫星可实现全球覆盖1.1.同步卫星主要用同步卫星主要用同步卫星主要用同步卫星主要用于通讯。要实现于通讯。要实现于通讯。要实现于通讯。要实现全球通讯，只需全球通讯，只需全球通讯，只需全球通讯，只需三颗同步卫星即三颗同步卫星即三颗同步卫星即三颗同步卫星即可。可。可。可。2.2.为了同步卫星之为了同步卫星之为了同步卫星之为了同步卫星之间不互相干扰，间不互相干扰，间不互相干扰，间不互相干扰，大约大约大约大约33左右才能左右才能左右才能左右才能放置放置放置放置1 1颗，这样颗，这样颗，这样颗，这样地球的同步卫星地球的同步卫星地球的同步卫星地球的同步卫星只能有只能有只能有只能有120120颗。颗。颗。颗。可见，空间位置可见，空间位置可见，空间位置可见，空间位置也是一种资源。也是一种资源。也是一种资源。也是一种资源。h=3.6107mr=4.26107mv=3.1km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=85分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球近地卫星、近地卫星、同步卫星、同步卫星、月球三者比月球三者比较较比较赤道上的某一点、近地卫星、比较赤道上的某一点、近地卫星、同步卫星的同步卫星的T、v、a向向注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星：半径R周期T向心力F关系式备注赤道上物体即为地球半径与地球自转周期相同，即24h24h此处的万有引力与重力之差在赤道上与地球保持相对静止近地卫星即为地球半径可求得T=85min此处的万有引力离地高度近似为0，与地面有相对运动同步卫星可求得距地面高度h36000km，约为地球半径的5.6倍与地球自周期相同，即24h此处的万有引力轨道面与赤道面重合，在赤道上空，与地面保持相对静止巩固与练习巩固与练习（2011北京）由于通讯和广播等方面的需要，北京）由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的：许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的：A.质量可以不同质量可以不同 B.轨道半径可以不同轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同轨道平面可以不同 D.速率可以不同速率可以不同答案：A如何发射同步卫星？如何发射同步卫星？三三.卫星变轨问题卫星变轨问题对于对于稳定运行状态稳定运行状态的卫星：的卫星：运行速率不变运行速率不变；轨道半径不变轨道半径不变；万有引力提供向心力万有引力提供向心力，即，即 成立成立.其运行速度与其运行轨道处于一一对应关系，即每一其运行速度与其运行轨道处于一一对应关系，即每一轨道都有一确定速度相对应轨道都有一确定速度相对应 而不稳定运行的卫星则不具备上述关系，其运行速而不稳定运行的卫星则不具备上述关系，其运行速率和轨道半径都在发生着变化。率和轨道半径都在发生着变化。万有引力做功万有引力做功，我们，我们将其称为将其称为不稳定运行不稳定运行即即变轨运动。变轨运动。当卫星所受万有引力当卫星所受万有引力当卫星所受万有引力当卫星所受万有引力刚好刚好刚好刚好提供向心力时，它的运行提供向心力时，它的运行提供向心力时，它的运行提供向心力时，它的运行速率速率速率速率就就就就不再不再不再不再发生发生发生发生变化变化变化变化，轨道轨道轨道轨道半径确定半径确定半径确定半径确定不变不变不变不变从而做匀从而做匀从而做匀从而做匀速圆周运动，我们称为速圆周运动，我们称为速圆周运动，我们称为速圆周运动，我们称为稳定运行稳定运行稳定运行稳定运行.1.1.卫星的变轨问题卫星的变轨问题当卫星当卫星当卫星当卫星速度增大速度增大速度增大速度增大时：时：时：时：卫星做卫星做离心运动离心运动，轨道半径变大，到，轨道半径变大，到高轨道高轨道后后达到新的稳定运行状态达到新的稳定运行状态 卫星做卫星做向心运动向心运动，轨道半径减小，轨道半径减小，到低轨到低轨道后道后达到新的稳定运行状态达到新的稳定运行状态当卫星当卫星当卫星当卫星速度减小速度减小速度减小速度减小时：时：时：时：卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；心力的大小关系判断；稳定在新轨道上的运行速度变化由稳定在新轨道上的运行速度变化由 判断判断思考：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，加速度，加速度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，加速度，加速度大大远地点远地点-速度速度小小，加速度，加速度小小四、人造卫星的超重和失重四、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段、发射和回收阶段发射发射加速上升加速上升超重超重回收回收减速下降减速下降超重超重2、沿圆轨道正常运行、沿圆轨道正常运行只受重力只受重力a=g完全失重完全失重与重力有关的现象全部消失与重力有关的现象全部消失天平天平弹簧秤测重力弹簧秤测重力液体压强计液体压强计五五.模型三、模型三、“双星双星”“双星双星”是由两颗绕着是由两颗绕着共同的中心共同的中心旋转的旋转的星球组星球组成成。它们围绕它们的连线上的某一固定点做。它们围绕它们的连线上的某一固定点做同周同周期期的的匀速圆周运动匀速圆周运动，这种结构称为双星。，这种结构称为双星。1.1.两颗恒星均围绕共同的两颗恒星均围绕共同的旋转中心做旋转中心做匀速圆周运动匀速圆周运动。2.2.两恒星之间两恒星之间万有引力万有引力分分别提供了两恒星的向心力，别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的即两颗恒星受到的向心力向心力大小相等大小相等。3.3.两颗恒星与旋转中心时两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星刻三点共线，即两颗恒星角速度相同，周期相同角速度相同，周期相同。双星运动的特点：双星运动的特点：6.6.双星问题双星问题两星相互环绕，万有引力作为每一个卫星环绕对方两星相互环绕，万有引力作为每一个卫星环绕对方的向心力。的向心力。双星双星A A和和B B如图如图 有：有：BAOrArB 线速度公式线速度公式：角速度公式：角速度公式：周期公周期公式：式：