知识讲解宇宙航行提高.doc

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1、宇宙飞行编稿：周军审稿：吴楠楠【深造目标】1.会推导第一宇宙速度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，理解三种宇宙速度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度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表示向心加速度，而向心加速度又有、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. 自然卫星将物体以程度速度从某一高度抛出，当速度增加时，程度射程增大年夜，速度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)自然卫星的两个速度：发射速度：将自然卫星送入预定轨道运行所必须存在的速度缭绕速度：卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所存在的速度由于发射过程中要抑制地球的引力做功，因而发射速度越大年

3、夜，卫星离空中越高，理论绕地球运行的速度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，因而，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、宇宙速度要点说明：1.第一宇宙速度缭绕速度指自然卫星近地缭绕速度，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、存在的速度，是自然卫星的最小发射速度，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，因而将卫星发射到离地球越远的轨道，在空中上所需的发射速度就越大年夜，故自然卫星的最小发射速度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第一宇宙速度的推导按照万有引力供应向心力可得：因而假设已经清楚地球表面的重力加速度，那么由万有引力跟重力近似相当有因而2.第二宇宙速度逃逸速度在空中上发射物体，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度，其大小为3.第三宇宙速度在空中上发射物体，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度，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度等于地球自转的角速度(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，因而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克不迭够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

6、速度v、角速度及向心加速度a的大小均一样由，知，由于T肯定，因而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)同步卫星的缭绕速度大小肯定：设其运行速度为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，它们的角速度一样，周期一样，线速度关系按照的关系；2地球同

7、步卫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：当卫星的速度突然增加时，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，其运行速度要减小。当卫星的速度突然减小时，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，其运行速度要增加。由此，要想使卫星进入更高一级轨道，就要加速；反之要加速。【

8、模典范题】典范一、卫星运行的法那么例1、可以发射一颗如斯的自然卫星，使其圆轨道()A与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆C与地球表面上赤道线是共面的同心圆，且卫星相对地球表面是运动的D与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地球是运动的【答案】C、D【分析】自然地球卫星飞行时，由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力，而谁人力的倾向确信指向圆心，即指向地心，即所有能干源的卫星其轨道圆的圆心肯定要跟地球的中心重合，不克不迭是地轴上(除地心外)的某一点，故A是差错的由于地球同时绕着地轴在自转，因而卫星的轨道破体也不克不迭够跟经线所决定

9、的破体共面，因而B也是差错的相对地球表面运动的确实是同步卫星，它必须在赤道线破体内，且距空中有判定的高度，谁人高度约为三万六千公里，而低于或高于该高度的自然卫星也是可以在赤道破体内运动的，只是由于它们自转的周期跟地球自转的周期纷歧样，就会相关于空中运动【总结升华】(1)自然地球卫星的轨道一般有三种：赤道轨道、极地轨道跟一般轨道共同特征是轨道中心必须跟地心重合(2)不跟某一经度重合的轨道，也不跟某一纬度重合的轨道(除赤道破体)理想上大年夜概三万六千公里空中的赤道轨道上只要跟地球自转倾向一样的卫星才能称之为同步卫星，假设转向恰恰与地球自转倾向相反，就不克不迭称其为地球同步卫星了(3)发射到赤道轨道

10、上的同步卫星为了浪费动力，发射场所选地点应尽可以濒临赤道，且要借助地球自转的线速度【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火卫二的角速度较大年夜C火卫一的运动速度较大年夜D火卫二的向心加速度较大年夜【答案】AC典范二、第一宇宙速度的运用例2、已经清楚地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，不考虑地球自转的阻碍(1)推导第一宇宙速度v1的表达式；(2)假设卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离空中的高度为h，求卫星的运行周期T【分

11、析】(1)设卫星的质量为m，地球的质量为M，地球表面处物体的质量为m，在地球表面附近称心，那么GMR2g，卫星受到的万有引力供应做圆周运动的向心力，那么，将式代入式，掉掉落(2)结合式卫星受到的万有引力为，由万有引力供应向心力得，两式联破解得【总结升华】第一宇宙速度是在天体表面发射卫星的最小发射速度，也是卫星近“地最大年夜绕行速度，差异天体的第一宇宙速度一般差异求解第一宇宙速度常用或在G未知时除非估算类征询题，一般不克不迭把G作为已经清楚量，而素日用黄金代换或比较法消去G求解【变式】南平综测某星球直径为d，宇航员在该星球表面以初速度竖直上抛一个物体，物体上升的最大年夜高度为h，假设物体只受该星

12、球引力感染，那么该星球的第一宇宙速度为【答案】D【思路点拨】以初速度竖直上抛一物体，物体在重力感染下做匀加速直线运动，当物体速度减为0时，物体上升到最大年夜高度，已经清楚初速度末速度跟位移，按照匀变速直线运动的速度位移关系可以求出该星球表面的重力加速度g，再按照万有引力供应向心力，求出该星球的第一宇宙速度【分析】在该星球表面以初速度v0竖直上抛出一物体，那么该物体上升的最大年夜高度为H由，得：，按照，而，得该星球的第一宇宙速度为：，故D精确，ABC差错；典范三、同步卫星的法那么例3、用m表示地球通讯卫星(同步卫星)的质量，h表示它离空中的高度，R0表示地球的半径，g0表示地球表面处的重力加程度

13、，0表示地球自转的角速度，那么通讯卫星所受到的地球对它的万有引力的大小是()A等于0B等于C等于D以上结果均差错【答案】B、C【分析】按照万有引力定律，有，又由于，因而，地球对通讯卫星的万有引力供应卫星的向心力，因而，又因，因而有，因而【总结升华】所有地球同步卫星的周期都一样，为24h，按照可知，所有同步卫星的轨道半径跟线速度、角速度的大小都一样【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，地球自转角速度为o，地球表面的重力加速度为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

14、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，那么至少通过多长时刻，它们再一次相距迩来？【答案】12例4、2016吉安市新余一中、吉安县中联考模拟假设有一载人宇宙飞船在赤道上空距空中高度为4200km的轨道绕地球做匀速圆周运动。地球半径约为6400km，地球同步卫星距空中高为36000km，宇宙飞船跟地球同步卫星绕地球同向运动，每当二者相距迩来时，宇宙飞船就向同步卫星发射旗帜暗记，然后再由同步卫星将旗帜暗记发送到空中接收站，某时刻二者相距最远，从现在开始，在一昼夜的时刻内，接收站共接收到旗帜暗记的次数为A4次B6次C7次D8坎【答案】C【分析】据开普勒第三定律得：，R1=420

15、0km+6400km，R2=36000km+6400km，可知载人宇宙飞船的运行周期T1与地球同步卫星的运行周期T2之比为又已经清楚地球同步卫星的运行周期为一天即24h，因而载人宇宙飞船的运行周期，由匀速圆周运动的角速度，因而宇宙飞船的角速度为radh，同步卫星的角速度为radh当两者与太阳的连线是一条直线且位于地球异侧时，相距最远，现在追击距离为R，即一个半圆，追击需要的时刻为：再次相遇追击距离变为2R，即一个圆周，追击时刻为：可以得第一次相遇后剩余时刻内完成追击次数为：，即剩余时刻相遇6次，再加上第一次的相遇，接收站共接收到旗帜暗记的次数为7次，应选C。【总结升华】地球同步卫星第一次与宇宙

16、飞船相遇的相位差是，以后每次相遇的相位差全然上2。典范四、卫星的变轨运动例5、宝鸡三模如以下列图是嫦娥三号奔月过程中某阶段的运动表示图，嫦娥三号沿椭圆轨道运动到近月点处变轨进入圆轨道，嫦娥三号在圆轨道做圆周运动的轨道半径为，周期为，已经清楚引力常量为，以下说法中精确的选项是A由题中含图中信息可求得月球的质量B由题中含图中信息可求得月球第一宇宙速度C嫦娥三号在处变轨时必须燃烧加速D嫦娥三号沿椭圈轨道运动到P处时的加速度大年夜于沿圆轨道运动到处时的加速度【答案】A【分析】A、万有引力供应向心力：，得：，既按照轨道半径为，周期为，万有引力常量为，打算出月球的质量，故A精确；B、万有引力供应向心力：，

17、得：，此处的r指的是月球的半径，而不是嫦娥三号运行的轨道半径，因而由于不清楚月球半径，因而不克不迭打算月球第一宇宙速度，故B差错；C、椭圆轨道跟圆轨道是差异的轨道，航天飞机不克不迭够自破修改轨道，只要在加速后，做近心运动，才能进入圆轨道，故C差错；D、嫦娥三号沿椭圈轨道运动到P处时跟沿圆轨道运动到处时，所受万有引力大小相当，因而加速度大小也相当，故D差错。【总结升华】留心在求解月球的“第一宇宙速度时，r指的是月球的半径，而不是嫦娥三号运行的轨道半径。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

18、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，地球表面重力加速度为g，地球半径为R，求：1飞船在近地点A的加速度aA为多大年夜？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度由牛顿第二定律得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、侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距空中高度为h，要使卫星在一天的时刻内将空中上赤道上在日照条件下的地点全都摄上去，卫星在

19、通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄空中上赤道圆周的弧长是多少多?设地球半径为R，空中上的重力加速度为g，地球自转周期为T【分析】侦察卫星缭绕地球一周，通过有日照的赤道一次，在卫星一个周期时刻(设为T1)内地球自转的角度为，只要角所对应的赤道弧长能被拍摄上去，那么一天时刻内，空中上赤道上在日照条件下的地点都能被拍摄上去设侦察卫星的周期为T1，地球对卫星的万有引力为卫星做圆周运动的向心力，卫星的轨道半径rR+h，按照牛顿第二定律，那么，在地球表面的物体重力近似等于地球的万有引力，即联破解得侦察卫星的周期为，已经清楚地球自转周期为T，那么卫星绕行一周，地球自转的角度为，摄像机应拍摄赤道圆周的弧长为角所对应的圆周孤长，应为【总结升华】侦察卫星理论上是极地卫星，也被称为间谍卫星，它的轨道破体与赤道破体相垂直，因而该卫星可拍摄到地球上任何地点