万有引力的应用之人造地球卫星

牛顿的设想

牛顿曾设想，从高山上水平抛出的物体，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远。如果抛出速度足够大，物体就将绕地球运动，成为人造地球卫星（如图）。你还记得这个抛出速度要多大吗？

三大宇宙速度的推导

常见卫星的种类

常见的卫星的轨道：

(1)若为椭圆轨道，地心是椭圆的一个焦点，其运动遵循开普勒定律．

(2)若为圆轨道，地心是圆周的圆心，由万有引力提供向心力．

(3)轨道平面：一定过地心，可以跟赤道平面重合，也可以跟赤道平面垂直，可以跟赤道平面成任意角度．

并且其运动快慢有下面的特点：

常见的卫星分类

1

近地卫星

（1）轨道半径约等于地球的半径

（2）运行速度为所有卫星的最大运行速度（7.9km/s），最小周期（约85min）

2

极地卫星

运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。

3

同步卫星

(1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星．周期为24h与地球自转周期相同，

(2)六个“一定”．

①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致．

②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T＝24h.

③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度．

④同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方

⑤同步卫星的高度固定不变．

卫星的发射与变轨迹过程

(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。

(2)在P点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。

(3)在A点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。

变轨示意图

变轨示意图

变轨示意图(

 

变轨的本质

(1)当卫星的速度突然增加时，万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时，可知其运行速度比原轨道时减小。

(2)当卫星的速度突然减小时，万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时，可知其运行速度比原轨道时增大。卫星的发射和回收就是利用这一原理。