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1、宇宙飞行编稿:周军审稿:吴楠楠【深造目标】1.会推导第一宇宙速率2.操纵地球或天体的卫星各物理量的关系3.理解同步卫星的特征,理解三种宇宙速率4.理解卫星的变轨征询题【要点梳理】要点一、天体征询题的处理方法要点说明:1树破一种模型天体的运动可抽象为一个质点绕另一个质点做匀速圆周运动的模型2抓住两条思路天体征询题理论上是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动法那么的综合运用,处理征询题的全然思路有两条:运用在天体中心体表面或附近,万有引力近似等于重力即g为天体表面的重力加速率运用万有引力供应向心力。由此掉掉落一个全然的方程,式中a表示向心加速率,而向心加速率又有、如斯多少多种表达式,要按照具体
2、征询题,把这多少多种表达式代入方程,讨论相关征询题。要点二、自然卫星要点说明:1. 自然卫星将物体以水平速率从某一高度抛出,当速率增加时,水平射程增大年夜,速率增大年夜到某一值时,物体就会绕地球做圆周运动,那么此物体就成为地球的卫星,自然地球卫星的向心力是由地球对卫星的万有引力来充当的(1)自然卫星的分类:卫星要紧有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘探卫星、科学研究卫星、预警卫星跟测地卫星等种类(2)自然卫星的两个速率:发射速率:将自然卫星送入预定轨道运行所必须存在的速率缭绕速率:卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所存在的速率由于发射过程中要抑制地球的引力做功,因此发射速率越大年
3、夜,卫星离空中越高,理论绕地球运行的速率越小向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要艰辛得多2卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,地心是椭圆的一个中心,其周期跟半长轴的关系按照开普勒第三定律卫星绕地球沿圆轨道运动时,由于地球对卫星的万有引力供应了卫星绕地球运动的向心力,而万有引力指向地心,因此,地心必须是卫星圆轨道的圆心卫星的轨道破体可以在赤道破体内(好似步卫星),也可以跟赤道破体垂直,还可以跟赤道破体成任一角度,如以下列图要点三、宇宙速率要点说明:1.第一宇宙速率缭绕速率指自然卫星近地缭绕速率,它是自然卫星在空中附近缭绕地球做匀速圆周运动所必须
4、存在的速率,是自然卫星的最小发射速率,其大小为说明:1由于在自然卫星的发射过程中,火箭要抑制地球的引力做功,因此将卫星发射到离地球越远的轨道,在空中上所需的发射速率就越大年夜,故自然卫星的最小发射速率对应将卫星发射到近地表面运行,现在发射时的动能全部转化为绕行的动能而不需要转化为重力势能。2第一宇宙速率的推导按照万有引力供应向心力可得:因此假设已经清楚地球表面的重力加速率,那么由万有引力跟重力近似相当有因此2.第二宇宙速率逃逸速率在空中上发射物体,使之可以分开地球的引力感染,成为绕太阳运动的自然卫星或飞到其他行星上去所必须的最小发射速率,其大小为3.第三宇宙速率在空中上发射物体,使之可以分开太
5、阳的引力范围,飞到太阳系以外的宇宙空间所必须的最小发射速率,其大小为要点四、同步卫星要点说明:1.不雅念相关于空中运动且与地球自转存在一样周期的卫星叫地球同步卫星,又叫通讯卫星2.全然特色(1)同步卫星的运行倾向与地球自转倾向不合(2)同步卫星的运行周期与地球自转周期一样且T24h(3)同步卫星的运行角速率等于地球自转的角速率(4)要与地球同步,卫星的轨道破体必须与赤道破体平行,又由于向心力是万有引力供应的,万有引力必须在轨道破体上,因此同步卫星的轨道破体均在赤道破体上,即所有的同步卫星都在赤道的正上方不可以定点在我国某地上空(5)同步卫星高度结实小变所有同步卫星的周期T、轨道半径r、缭绕速率
6、v、角速率及向心加速率a的大小均一样由,知,由于T肯定,因此r动摇,而rR+h,h为离空中的高度,又,代入数据T24h86400s,g9.8m/s2,R6400km,得h3.6104km也的确是说,同步卫星必须定位于赤道的正上方,离空中的高度约为3.6104km(6)同步卫星的缭绕速率大小肯定:设其运行速率为v,由于,那么(7)三颗同步卫星作为通讯卫星,那么可掩饰全球(两极有部分盲区)要点五、地球同步卫星与赤道上随地球做圆周运动的物体以及自然卫星的区不与联系要点说明:1地球同步卫星与赤道上随地球做圆周运动的物体相当于同轴转动的物体,它们的角速率一样,周期一样,线速率关系按照的关系;2地球同步卫
7、星与自然卫星同属于地球卫星,它们之间的关系按照天体运动所需的向心力由万有引力供应,符合的公式是:,r越大年夜a越小;,r越大年夜v越小,r越大年夜越小;,r越大年夜T越大年夜要点六、卫星的动摇运行与变轨征询题要点说明:当卫星的速率突然增加时,即万有引力缺少以供应向心力,卫星将做离心运动,分开原本的圆轨道,轨道半径变大年夜,但卫星一旦进入新的轨道运行,由知,其运行速率要减小。当卫星的速率突然减小时,即万有引力大年夜于卫星所需的向心力,卫星将做向心运动,分开原本的圆轨道,轨道半径变小,但卫星一旦进入新的轨道运行,由知,其运行速率要增加。由此,要想使卫星进入更高一级轨道,就要加速;反之要加速。【模典
8、范题】典范一、卫星运行的法那么例1、2016黑龙江省哈尔滨校级二模如以下列图,a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的自然卫星,它们距空中的高度分不是R跟2RR为地球半径。以下说法中精确的选项是Aa、b的线速率大小之比是Ba、b的周期之比是Ca、b的角速率大小之比是Da、b的向心加速率大小之比是94【答案】CD【分析】按照万有引力供应向心力得线速率,它们距空中的高度分不是R跟2RR为地球半径,因此轨道半径是23,因此a、b的线速率大小之比是,故A差错;周期,因此a、b的周期之比是,故B差错;角速率,a、b的角速率大小之比是,即,故C精确;向心加速率,因此a、b的向心加速率大小之比是94,故D精确,应
9、选CD。【点评】此题考察卫星运动法那么,清楚各运动量与半径的关系,从而定量打算出各运动量之间的大小关系。【高清课程:天体的运动及航天技能例1】【变式】火星有两颗卫星,分不是火卫一跟火卫二,它们的轨道近似为圆已经清楚火卫一的周期为7小时39分火卫二的周期为30小时18分,那么两颗卫星比较A火卫一距火星表面较近B火卫二的角速率较大年夜C火卫一的运动速率较大年夜D火卫二的向心加速率较大年夜【答案】AC典范二、第一宇宙速率的运用例2、关于第一宇宙速率,下面说法中精确的选项是()A它是自然地球卫星绕地球飞行的最小速率B它是近地圆形轨道上自然地球卫星的运行速率C它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速率D
10、它是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大年夜速率【思路点拨】清楚第一宇宙速率的含义。【答案】BCD【分析】第一宇宙速率是近地圆轨道上的最大年夜缭绕速率,又是卫星进入轨道的最小发射速率。故BCD选项精确。典范三、同步卫星的法那么例3、可发射一颗自然卫星,使其圆轨道称心以下条件A与地球表面上某一纬度线非赤道是共面的同心圆B与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对空中是运动的D与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对空中是运动的【答案】CD【分析】卫星绕地球运动的向心力由万有引力供应,且万有引力不时指向地心,因此卫星的轨道不可以与地球表面上某一纬度线非赤道是共
11、面的同心圆,故A是差错的。由于地球在不停的自转,即使是极地卫星的轨道也不可以与任一条经度线是共面的同心圆,故B是差错的。赤道上的卫星除同步卫星相对地球运动轨道外,不的卫星相对地球表面全然上运动的,故C、D是精确的。【高清课程:天体的运动及航天技能例4】【变式】如以下列图,A是地球的同步卫星另一卫星B的圆形轨道位于赤道破体内,离空中高度为h已经清楚地球半径为R,地球自转角速率为o,地球表面的重力加速率为g,O为地球中心1求卫星B的运行周期2如卫星B绕行倾向与地球自转倾向一样,某时刻A、B两卫星相距迩来O、B、A在同不时线上,那么至少经过多长时刻,它们再一次相距迩来?【答案】12例4、合胖期末联考
12、同步卫星离地球球心的距离为r,运行速率为v1,加速率大小为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速率大小为a2,第一宇宙速率为v2,地球半径为R,那么()ABCD【答案】AD【分析】因同步卫星的角速率与地球自转的角速率一样,因此同步卫星的角速率与赤道上的物体的角速率相当,由,可知,故A精确;地球同步卫星与赤道上的物体做圆周运动的向心力全然上由跟地球间的万有引力供应,即:,可得:,M是地球的质量,r是卫星的轨道半径,因此。【总结升华】地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力供应向心力;其次在比较加速率大小时,因地球同步卫星与地球自转角速率一样,因此选择用公式停顿求解,解题时留心敏锐选
13、用公式。典范四、卫星的变轨运动例5、发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经燃烧,使其沿椭圆轨道2运行,最后再一次燃烧,将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,那么当卫星分不在1、2、3轨道上畸形运行时,以下说法精确的选项是()A卫星在轨道3上的速率大年夜于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速率小于在轨道1上的角速率C卫星在轨道1上,经过点Q时的速率大年夜于它在轨道2上经过Q点时的速率D卫星在轨道2上经过点P的速率小于它在轨道3上经过P点的速率123PQ【思路点拨】此题为卫星变轨征询题,要分清离心、向心运动。【答案】BD【分析】自然卫星在圆轨道上匀速
14、圆周运动时有:,因此由于,因此,选项A差错,B精确;在Q点,卫星沿着圆轨道1运动时万有引力恰恰等于向心力,即,当燃烧到轨道2上,速率增大年夜即,卫星将在椭圆轨道2上的Q点做离心运动,选项C差错;同理可知选项D精确。典范五、有关航天征询题的分析例6、我国实行首次载人航天飞行的神州五号飞船于2003年10月15日在中国酒泉卫星发射中心发射升空飞船由长征-2F运载火箭先送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道,在B点实施变轨后,再进入预定圆轨道,如以下列图。已经清楚飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时刻为t,近地点A距空中高度为h1,地球表面重力加速率为g,地球半径为R,求:1飞船在近地点A的加速率aA为多
15、大年夜?2远地点B距空中的高度h2为多少多?BA预定圆轨道地球【分析】1设地球质量为M,飞船的质量为m飞船在A点受到的地球引力为地球表面的重力加速率由牛顿第二定律得2飞船在预定圆轨道飞行的周期由牛顿运动定律得解得例7、2003年10月16日北京时刻6时34分,中国首位航天员杨利伟乘坐“神舟五号飞船在内蒙古中部地区成功着陆,中国首次载人航天飞行任务获得圆满成功。中国由此成为世界上继俄、美之后第三个有才干将航天员送上太空的国家。据报道,中国首位航天员杨利伟乘坐的“神舟五号载人飞船,于北京时刻十月十五日九时,在酒泉卫星发射中心用“长征二号F型运载火箭发射升空。此后,飞船按照预定轨道缭绕地球十四圈,在太空飞行约二十一小时,假设其运动可近似认为是匀速圆周运动,飞船距空中高度约为340km,已经清楚万有引力常量为G=6.671011Nm2/kg2,地球半径约为6400km,且地球可视为均匀球体,那么试按照以上条件估算地球的密度。结果保管1位有效数字【分析】设地球半径为R,地球质量为M,地球密度为,飞船距空中高度为h,运行周期为T,飞船质量为m。据题意题周期s=5400s飞船沿轨道运行时有而由式得:代入数据解得kg/m3
限制150内