7.4宇宙航行(原卷版).docx
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1、第4节宇宙航行【知识梳理】一、人造地球卫星1 .牛顿设想:如图所示,把物体从高山上水平抛出,如果抛出速度足够大,物体就不再落回地面,成为人造卫星。2 .近地卫星的速度:由染詈得u=/竿。用地球半径R代替卫星到地心的距离r,可求得丫=7. 9km/so二、宇宙速度三、人造地球卫星载人航天与太空探索数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度1. 1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。2.地球同步卫星
2、位于赤道上方高度约36000kni处,与地面相对静止,角速度和周期与地球的相同。3.2003年10月15日,我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。4. 2013年6月,神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接。5.2016年10月19日,神舟H一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。6. 2017年4月20日,我国又发射了货运飞船天舟一号,入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接及多项实验。【方法突破】一、人造地球卫星方法归纳1.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行时,地心是椭圆的一个焦点,其周期和半长轴的关系遵循开普
3、勒第三定律。卫星绕地球沿圆轨道运行时,由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力,而万有引力 指向地心,所以地心必须是卫星圆轨道的圆心。(4)三类人造地球卫星轨道:A.赤道轨道:卫星轨道在赤道所在平面上,卫星始终处于赤道上方;B.极地轨道:卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星经过两极上空;C. 一般轨道:卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。特别提醒不管卫星沿一个什么样的轨道运动,地心一定处于卫星轨道所在的平面上。2 .人造卫星问题的分析思路(1)卫星的动力学规律由万有引力提供向心力(j=ma向=*=加2r=泻 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律规 律规 律越 高 越 慢mg=G普,近地时
4、一 GM=gR脑 以3 .卫星中的超重与失重超重:发射时加速上升过程;返回大气层时减速降低过程。失重:卫星进入轨道后,卫星本身和其中的人、物都处于完全失重状态。卫星中失效的物理仪器:凡工作条件或原理与重力有关的仪器都不能使用。【例1】2020年6月23日,北斗三号全球卫星导航系统部署全面完成。北斗三号系统包括中圆地球轨道卫 星、地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星(卫星周期等于地球自转周期),中圆地球轨道卫星离地面 的距离比地球静止轨道卫星离地面的距离小,其空间示意图如图所示。已知地球半径约为R=6400km,下列 说法正确的是()A.中圆地球轨道卫星的公转周期大于24小时B.倾斜地球同步轨
5、道卫星有可能在每天同一时刻经过北京上空C.地球静止轨道卫星的角速度比倾斜地球同步轨道卫星的角速度大D.中圆地球轨道卫星所受地球引力一定大于地球静止轨道卫星所受地球引力【针对训练1】北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后 的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。关于这些卫星,以下说法正确的是()5颗同步卫星的轨道半径不都相同A. 5颗同步卫星的运行轨道不一定在同一平面内C.导航系统所有卫星的运行速度一定小于第一宇宙速度D.导航系统所有卫星中,运行轨道半径越大的,周期越小二、第一宇宙速度的理解方法归纳.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫
6、星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的 环绕速度。1 .决定因素:由第一宇宙速度的计算式v=、愕可以看出,第一宇宙速度的值由中心天体决定,第一宇 宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径已 与卫星无关。2 .“最小发射速度如果发射速度低于第一宇宙速度,因为受到地球引力作用,发射出去的卫星就会再回 到地球上,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。3 .“最大环绕速度在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中,近地卫星的轨道半径最小,由 华=,可 得丫=怦,轨道半径越小,线速度越大,所以在这些卫星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大 环绕速度。4 .根据星球表面的重力加速度可计
7、算它的第一宇宙速度,依据是mg=,,第一宇宙速度u=4还。5 .根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇宙速度,依据是聋=看,第一宇宙速度丫=伴。例2 2011年中俄将联合实施探测火星活动计划,由中国负责研制的萤火一号火星探测器将与俄罗斯研 制的福布斯土壤火星探测器一起由俄罗斯天顶运载火箭发射前往火星。已知火星的质量约为地球质量 的,火星的半径约为地球半径的;。下列关于火星探测器的说法正确的是()9/A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的【针对训练21星
8、球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度均与其第一宇宙速度匕的关系是为=0%;已知某星球的半径为,表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的,不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为()6三、地球同步卫星方法归纳1 .概念相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星,又叫通信卫星。2 .特点周期一定:它的运动周期等于地球自转的周期T=24h。角速度一定:同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度。轨道一定:所有同步卫星的轨道半径都相同,即同步卫星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动,其轨 道离地面的高度约为3.59x104 km。(4)
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