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？7.9km/GMvsR==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，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？7.9km/GMvsR==由222MmGmgRGMRR和gRvsm/104.68.96skm/9.7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？223(2):MmGMGmrrr卫地地卫由得22(1):MmGMvGmvrrr卫地地卫由得232242(3):MmrGmrTrTGM卫地卫地由得可见：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？2224MmGmRRT=π2MmmgGR=2gRT=π=84.6min或：=842.6minRTvπ=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mRGMThhRTmhRMmG7322222106.34)(4)(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：74.210Rhm同步卫星的线速度22MmGmrr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:GMr1124376.67106.010/3.110/4.210GMmsmsr同步卫星发射过程卫星的变轨问题四、梦想成...
