衛(wèi)星變軌問題-精華版ppt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(yīng)用,1,2,3,4,地球,兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運(yùn)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。,5,計(jì)算中心天體的質(zhì)量M、密度,（當(dāng)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(yùn)動(dòng)的周期為T，圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r,（3）中心天體密度,6,7,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：,8,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,9,10,11,12

2、,注意事項(xiàng)：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：,13,衛(wèi)星變軌問題,14,衛(wèi)星變軌問題,15,16,V,F引,F引F向,F引F向,衛(wèi)星變軌原理,M,m,A點(diǎn)速度內(nèi)小外大（在A點(diǎn)看軌跡）,在A點(diǎn)萬有引力相同,A,17,思考：人造衛(wèi)星在低軌道上運(yùn)行，要想讓其在高軌道上運(yùn)行，應(yīng)采取什么措施？,在低軌道上加速，使其沿橢圓軌道運(yùn)行，當(dāng)行至橢圓軌道的遠(yuǎn)點(diǎn)處時(shí)再次加速，即可使其沿高軌道運(yùn)行。,衛(wèi)星變軌原理,1、衛(wèi)星在二軌道相切點(diǎn),萬有引力相同，加速度相同,速度內(nèi)小外大（切點(diǎn)看軌跡）,2、衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行,近地點(diǎn)-速度大，加速度大,遠(yuǎn)地點(diǎn)-速度小，加速度小,18,1,2,R,衛(wèi)星在圓軌道運(yùn)行速

3、度V1,V2,900,減小,衛(wèi)星變軌原理,19,20,r,衛(wèi)星變軌原理,21,使衛(wèi)星進(jìn)入更高軌道做圓周運(yùn)動(dòng),22,衛(wèi)星的回收,23,24,衛(wèi)星變軌,【衛(wèi)星如何變軌】 以發(fā)射同步衛(wèi)星為例，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在v2點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道 （該橢圓軌道的近地點(diǎn)在近地圓軌道上，遠(yuǎn)地點(diǎn)在同步軌道上），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。,v2v1,v4v3,v1v4,v2v1v4v3,25,v2v1,v4v3,v1v4,結(jié)果：v2v1v4v3,v2v3,點(diǎn)火加速：,在橢圓軌道上運(yùn)行:,第一次變軌：,第二次變軌：,點(diǎn)火加速：,在圓軌道上穩(wěn)定運(yùn)行：,26,衛(wèi)星變軌,【分析思路】,定態(tài)

4、運(yùn)行：,看公式,動(dòng)態(tài)變軌：,分析供需,圓軌道與橢圓軌道的互變：,A點(diǎn)：,加速,橢圓,減速,圓,B點(diǎn)：,近地點(diǎn),遠(yuǎn)地點(diǎn),圓,橢圓,減速,橢圓,加速,圓,圓,橢圓,27,1、如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火使其沿橢圓軌道2運(yùn)行；最后再次點(diǎn)火將其送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于P點(diǎn)，2、3相切于Q點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3上正常運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)時(shí) 的速率等于在軌道3上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速率 D、在軌道1上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于在軌道2上 經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度

5、,BD,28,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(dá)到改變軌道的目的，以下說法正確的是( ) A、它應(yīng)沿運(yùn)行方向方向噴氣， 與A對(duì)接后周期變小 B、它應(yīng)沿運(yùn)行速度反方向噴氣， 與A對(duì)接后周期變大 C、它應(yīng)沿運(yùn)行方向方向噴氣， 與A對(duì)接后周期變大 D、它應(yīng)沿運(yùn)行速度反方向噴氣，與A對(duì)接后周期變小,B,29,衛(wèi)星變軌,【練習(xí)】宇宙飛船空間站在同一軌道上運(yùn)動(dòng)，若飛船想與前面的空間站對(duì)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(duì)接

6、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(duì)接 D、無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對(duì)接,BC,30,【練習(xí)】發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，如圖所示。則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)時(shí)的加速度 大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度 D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度 等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度,BD,

7、31,衛(wèi)星變軌,【練習(xí)】如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)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,32,2、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(diǎn)時(shí)點(diǎn)火實(shí)施變軌，進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道上，最后在B點(diǎn)再次點(diǎn)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

8、度大?。?（2）遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面的高度。,33,解：,34,“嫦娥奔月” 圖,35,理性探究 發(fā)射、變軌、運(yùn)行,36,2. 2007年10月24日“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進(jìn)入繞 地軌道。在繞地運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)過三次近地變軌：12小時(shí)橢圓軌 道24小時(shí)橢圓軌道48小時(shí)橢圓軌道修正軌道 地月轉(zhuǎn)移軌道。11月5日11時(shí)，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度 為h的A點(diǎn)時(shí)，再經(jīng)三次變軌：12小時(shí)橢圓軌道3.5小時(shí)橢圓 軌道最后進(jìn)入周期為T的極月圓軌道 ，如圖所示（ ） A.“嫦娥一號(hào)”由到需加速、由到需減速 B.發(fā)射“嫦娥一號(hào)”的速度必須達(dá)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(guān) D.衛(wèi)星受月球

9、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,37,3. 2007年10月24日，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星星箭分離，衛(wèi)星進(jìn)入繞 地軌道。在繞地運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)過三次近地變軌：12小時(shí)橢圓軌 道24小時(shí)橢圓軌道48小時(shí)橢圓軌道修正軌道 地月轉(zhuǎn)移軌道。11月5日11時(shí)，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過距月球表面高度 為h的A點(diǎn)時(shí)，再經(jīng)三次變軌：12小時(shí)橢圓軌道3.5小時(shí)橢圓 軌道最后進(jìn)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(dá)式。,發(fā)射,38,對(duì)接問題：宇宙飛船與空間站的對(duì)接,空間站實(shí)際上就是一個(gè)載有人的人造衛(wèi)星，那么，地球上的人如何

10、到達(dá)空間站，空間站上的人又如何返回地面？這些活動(dòng)都需要通過宇宙飛船來完成，這就存在一個(gè)宇宙飛船與空間站對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)接呢？,不行，因?yàn)轱w船加速后做離心運(yùn)動(dòng)會(huì)偏離原來的圓軌道而無法與空間站對(duì)接。,39,飛船首先在比空間站低的軌道運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到適當(dāng)位置時(shí)，再加速運(yùn)行到一個(gè)橢圓軌道。 通過控制軌道使飛船跟空間站恰好同時(shí)運(yùn)行到兩軌道的相切點(diǎn)，此時(shí)飛船適當(dāng)減速，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)接，如圖示。,空間站,飛船,對(duì)接方法：,40,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(yùn)行，a在前b在后，它都配有能沿運(yùn)動(dòng)方向向前或向后噴氣的發(fā)動(dòng)機(jī)