高中物理衛(wèi)星變軌問題課件

1、2、衛(wèi)星“變軌” 問題,1、衛(wèi)星“比較”問題,專題萬有引力定律的應用,地球,兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運行，它們的質(zhì)量相等，軌道半徑不同,比較它們的向心加速度an、線速度v、角速度 、周期T,計算中心天體的質(zhì)量M、密度,當衛(wèi)星在天體表面上飛行,1）某星體m圍繞中心天體M做圓周運動的周期為T，圓周運動的軌道半徑為r,3）中心天體密度,人造地球衛(wèi)星,兩極的物體,赤道上的物體,近地衛(wèi)星,地球表面的物體,與地球具有相同的0,即,即,人造地球衛(wèi)星,所有衛(wèi)星的軌道圓心都在地心上,按軌道分類:極地衛(wèi)星;赤道衛(wèi)星;其他衛(wèi)星,注意事項：區(qū)別赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體、近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星,衛(wèi)星變軌問題,衛(wèi)星變軌

2、問題,V,F引,F引F向,F引F向,衛(wèi)星變軌原理,M,m,A點速度內(nèi)小外大（在A點看軌跡,在A點萬有引力相同,A,思考：人造衛(wèi)星在低軌道上運行，要想讓其在高軌道上運行，應采取什么措施,在低軌道上加速，使其沿橢圓軌道運行，當行至橢圓軌道的遠點處時再次加速，即可使其沿高軌道運行,衛(wèi)星變軌原理,1、衛(wèi)星在二軌道相切點,萬有引力相同，加速度相同,速度內(nèi)小外大（切點看軌跡,2、衛(wèi)星在橢圓軌道運行,近地點-速度大，加速度大,遠地點-速度小，加速度小,1,2,R,衛(wèi)星在圓軌道運行速度V1,V2,900,減小,衛(wèi)星變軌原理,r,衛(wèi)星變軌原理,使衛(wèi)星進入更高軌道做圓周運動,衛(wèi)星的回收,衛(wèi)星變軌,衛(wèi)星如何變軌】

3、以發(fā)射同步衛(wèi)星為例，先進入一個近地的圓軌道，然后在v2點火加速，進入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道 （該橢圓軌道的近地點在近地圓軌道上，遠地點在同步軌道上），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道,v2v1,v4v3,v1v4,v2v1v4v3,v2v1,v4v3,v1v4,結果：v2v1v4v3,v2v3,點火加速,在橢圓軌道上運行,第一次變軌,第二次變軌,點火加速,在圓軌道上穩(wěn)定運行,衛(wèi)星變軌,分析思路,定態(tài)運行,看公式,動態(tài)變軌,分析供需,圓軌道與橢圓軌道的互變,A點,加速,橢圓,減速,圓,B點,近地點,遠地點,圓,橢圓,減速,橢圓,加速,圓,圓,橢圓,1、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近

4、地圓軌道1，然后經(jīng)點火使其沿橢圓軌道2運行；最后再次點火將其送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于P點，2、3相切于Q點。當衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運行時，以下說法正確的是（ ） A、在軌道3上的速率大 于1上的速率 B、在軌道3上的角速度 小于1上的角速度 C、在軌道2上經(jīng)過Q點時 的速率等于在軌道3上經(jīng)過Q點時的速率 D、在軌道1上經(jīng)過P點時的加速度等于在軌道2上 經(jīng)過P點時的加速度,BD,衛(wèi)星變軌,例題】如圖所示，宇宙飛船B在低軌道飛行，為了給更高軌道的空間站A輸送物資，它可以采用噴氣的方法改變速度，從而達到改變軌道的目的，以下說法正確的是( ) A、它應沿運行方向方向噴氣， 與A對接后周

5、期變小 B、它應沿運行速度反方向噴氣， 與A對接后周期變大 C、它應沿運行方向方向噴氣， 與A對接后周期變大 D、它應沿運行速度反方向噴氣，與A對接后周期變小,B,衛(wèi)星變軌,練習】宇宙飛船空間站在同一軌道上運動，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的辦法是（） A、飛船加速直到追上空間站 B、飛船從原軌道減速至一較低軌道，再加速追上空間站完成對接 C、飛船從原軌道加速至一較高軌道，再減速追上空間站完成對接 D、無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接,BC,練習】發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌

6、道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示。則當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是： A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度 C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度 大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度 D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度 等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度,BD,衛(wèi)星變軌,練習】如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運行的3顆人造衛(wèi)星，下列說法正確的是： Ab、c的線速度大小相等，且大于a的線速度 Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 Cc加速可追上同一軌道上的b，b減速可

7、等到同一軌道上的c Da衛(wèi)星由于某種原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將變小,D,2、如圖是發(fā)射地球同步衛(wèi)星的簡化軌道示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的近地軌道上在衛(wèi)星經(jīng)過A點時點火實施變軌，進入遠地點為B的橢圓軌道上，最后在B點再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道.已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球的半徑為R求,1）近地軌道上的速度大??； （2）遠地點B距地面的高度,解,嫦娥奔月” 圖,理性探究 發(fā)射、變軌、運行,2. 2007年10月24日“嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞 地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：12小時橢圓軌 道24小時橢圓軌道48小時橢圓軌道修正軌道

8、地月轉(zhuǎn)移軌道。11月5日11時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度 為h的A點時，再經(jīng)三次變軌：12小時橢圓軌道3.5小時橢圓 軌道最后進入周期為T的極月圓軌道 ，如圖所示（ ） A.“嫦娥一號”由到需加速、由到需減速 B.發(fā)射“嫦娥一號”的速度必須達到第三宇宙速度 C.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關 D.衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比 E.在繞月圓軌道上,衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力,發(fā)射,D,3. 2007年10月24日，“嫦娥一號”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進入繞 地軌道。在繞地運行時，要經(jīng)過三次近地變軌：12小時橢圓軌 道24小時橢圓軌道48小時橢圓軌道修正軌道 地月轉(zhuǎn)移軌道

9、。11月5日11時，當衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度 為h的A點時，再經(jīng)三次變軌：12小時橢圓軌道3.5小時橢圓 軌道最后進入周期為T的極月圓軌道 ，如圖所示。 若月球半徑為R，試寫出月球表面重力加速度的表達式,發(fā)射,對接問題：宇宙飛船與空間站的對接,空間站實際上就是一個載有人的人造衛(wèi)星，那么，地球上的人如何到達空間站，空間站上的人又如何返回地面？這些活動都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個宇宙飛船與空間站對接的問題,思考：能否把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道上，再通過加速去追上空間站實現(xiàn)對接呢,不行，因為飛船加速后做離心運動會偏離原來的圓軌道而無法與空間站對接,飛船首先在比空間站低的軌道運行，當運行到適當位置時，再加速運行到一個橢圓軌道。 通過控制軌道使飛船跟空間站恰好同時運行到兩軌道的相切點，此時飛船適當減速，便可實現(xiàn)對接，如圖示,空間站,飛船,對接方法,例：在太空中有兩飛行器a、b，它們在繞地球的同一圓形軌道上同向運行，a在前b在后，它都配有能沿運動方向向前或向后噴氣的