專題 人造衛(wèi)星與航天

1、學(xué)而不思貝山罔學(xué)程人造衛(wèi)星與航天（二）一人造衛(wèi)星發(fā)射原理1、什么是人造衛(wèi)星？地球?qū)χ車奈矬w有引力的作用，因而拋出的物體要落回地面.但是，拋出的初速度越大，物體就會飛得越遠(yuǎn).如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星。那么，這個(gè)初速度至少多大？分析：地球可以看做一個(gè)巨大的拱行橋，橋面的半徑是地球半徑（約6400km）o地面上有一輛車，假設(shè)可以不斷加速，當(dāng)?shù)孛鎸嚨闹С至η僧a(chǎn)0時(shí)，它的速度多大？2、宇宙速度第一宇宙速度：是人造衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星的最大的速度。第二宇宙速度（脫離速度）：是使物體掙脫地球引力束縛

2、的最小速度，是人的最小發(fā)射速度，其大小為11.2km/so第三宇宙速度（逃逸速度）：是使物體掙脫太陽引力束縛的最小速度，是人的最小發(fā)射速度，其大小為16.7km/so例題1.已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s,第二宇宙速度為11.2km/s,則沿圓軌道繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度A.只需滿足大于7.9km/sC.大于等于7.9km/s,而小于11.2km/sB.小于等于7.9km/sD.一定等于7.9km/s練習(xí)1.1990年3月，紫金山天文臺將1965年9月20日發(fā)現(xiàn)的第2752號小行星命名為吳健m/s,已知地雄星，其直徑為32km,如該小行星的密度和地球相同，則其第一宇宙速度為球半徑

3、R=6400km,地球的第一宇宙速度為8km/s.二人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行1、運(yùn)動(dòng)參量：（自己會推導(dǎo)）速度：角速度：周期：向心加速度：例2、兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比為血：m=3：1,繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比為廠:廠2=12則它們的線速度大小之比忖v=；角速度之比為3：W=；周期之比7；：T=；地球?qū)λ鼈兊娜f有引力大小之比行：F=o練習(xí)2、人造衛(wèi)星在太空繞地球運(yùn)行中，若天線偶然折斷，天線將繼續(xù)和衛(wèi)星一起沿軌道運(yùn)行B.做平拋運(yùn)動(dòng)，落向地球C.由于慣性，沿軌道切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.做自由落體運(yùn)動(dòng)，落向地球思而不學(xué)則殆2、近地衛(wèi)星（R=r）：3、同步衛(wèi)星位置：周期：離地高度：運(yùn)行速度：即所有

4、同步衛(wèi)星都在同一條軌道上運(yùn)行！例3.關(guān)于“亞洲一號”地球同步通訊衛(wèi)星，下述說法正確的是已知它的質(zhì)量是1.24t,若將它的質(zhì)量增為2.84t,其同步軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?倍它的運(yùn)行速度為7.9km/s它可以繞過北京的正上方，所以我國能利用其進(jìn)行電視轉(zhuǎn)播它距地面的高度約為地球半徑的5倍，所以衛(wèi)星的向心加速度約為其下方地面上物體的重力加速度的點(diǎn)練習(xí)3、已知地球質(zhì)量為M,半徑為R,自轉(zhuǎn)周期為T,地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m,引力常量為G.有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是（）A.衛(wèi)星距地面的高度為GO4tt2C.衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小為G貳B.衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度D.衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度小于地球表面的

5、重力加速度vraraR2virA.3-=B.=一C.D.=i1vRaRa廠2vR2222練習(xí)4、設(shè)同步衛(wèi)星離地心的距離為廠，運(yùn)行速率為加速度為竹；地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為島，近地衛(wèi)星速度為卩2,地球的半徑為丘則下列比值正確的是（）練習(xí)5、如圖所示，地球上空有人造地球同步通信衛(wèi)星，它們向地球發(fā)射微波，但無論同步衛(wèi)星數(shù)目增到多少個(gè)，地球表面上總有一部分面積不能直接收到它們發(fā)射來的微波，問這個(gè)面積S與地球面積S之比至少有多大？（結(jié)果要求保0“.留兩位有效數(shù)字,半徑為R,高為h的球缺的表面積為S1=27lRh，球面積為s=41lRo）/軌道II、!、4、衛(wèi)星的變軌、對接問題例4、200

6、9年5月，航天飛機(jī)在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道I進(jìn)入橢圓軌道II,E為軌道II上的一點(diǎn)，如圖所示，關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的有（）在軌道II上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過E的速度在軌道II上經(jīng)過A的動(dòng)能大于在軌道I上經(jīng)過A的動(dòng)能在軌道II上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道I上運(yùn)動(dòng)的周期在軌道II上經(jīng)過A的加速度小于在軌道I上經(jīng)過A的加速度例5、宇宙飛船和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接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是飛船加速直到追上空間站，完成對接飛船從原軌道減速至一個(gè)較低軌道，再加速追上空間站完成對接飛船加速至一個(gè)較高軌道再減速追上空間站完成對接無論飛

7、船采取何種措施，均不能與空間站對接2學(xué)而不思則一罔-思而不學(xué)則殆.練習(xí)6、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,然后經(jīng)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,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（）/1衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度衛(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-5、衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行中的超、失重現(xiàn)象1例6、飛船以a=2g的加速度勻加速

8、上升，在飛船上用彈簧秤測得10kg的物體重為75N,由此可知，飛船距離地面的高度為km。（R=6.4X103km,g=10m/s2）練習(xí)7、宇宙飛船在離地面高為h=R的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，飛船內(nèi)一彈簧秤下懸掛一質(zhì)量為m的重物，R為地球的半徑，g為地面處的重力加速度，則彈簧秤的讀數(shù)為（）A.2mg1mgB.4C.mgD.0圖中航天飛機(jī)在飛向B處的過程中，月球引力做正功航天飛機(jī)在B處由橢圓軌道進(jìn)入空間站軌道必須點(diǎn)火減速根據(jù)題中條件可以算出月球質(zhì)量根據(jù)題中條件可以算出空間站受到月球引力的大小4、我國在2007年4月份發(fā)射的探月衛(wèi)星“嫦娥1號”。設(shè)想嫦娥號登月飛船貼近月球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測得其周

9、期為T。飛船在月球上著陸后，自動(dòng)機(jī)器人用測力計(jì)測得質(zhì)量為m的儀器重力為P。已知引力常量為G,由以上數(shù)據(jù)可以求出的量有（）A.月球的半徑B.月球的質(zhì)量C月球表面的重力加速度D.月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度5、晴天晚上，人能看到衛(wèi)星的條件是衛(wèi)星被太陽照著且在人的視野之內(nèi)。一個(gè)可看成漫反射體的人造地球衛(wèi)星的圓形軌道與赤道共面，衛(wèi)星自西向東運(yùn)動(dòng)。春分期間太陽垂直射向赤道，赤道上某處的人在日落后8小時(shí)時(shí)在西邊的地平線附近恰能看到它，之后極快地變暗而看不到了。已知地球的半徑R=6.4X106m。試估算衛(wèi)星軌道離地面的高度。解析：練習(xí)8、2005年10月12日，我國成功發(fā)射了“神州”六號載人飛船。這

10、是繼2003年10月15日神舟五號載人飛船成功發(fā)射之后，人類探索太空歷史上的又一次重要成就。這次執(zhí)行任務(wù)的長二F型運(yùn)載火箭，全長58.3m,起飛質(zhì)量為479.8t,剛起飛時(shí)，火箭豎直升空，航天員費(fèi)俊龍、聶海勝有較強(qiáng)的超重感，儀器顯示他們對座艙的最大壓力達(dá)到他們體重的5倍。飛船入軌之后，在115.5h內(nèi)環(huán)繞地球飛行77圈，將飛船的軌道簡化為圓形，求1）點(diǎn)火發(fā)射時(shí)，火箭的最大推力。（g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）2）飛船運(yùn)行軌道與地球同步衛(wèi)星軌道的半徑之比（可以保留根號）6、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，可認(rèn)為先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為勺的圓形近地軌道上，在衛(wèi)星經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火（噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作）實(shí)施

11、變軌進(jìn)入橢圓軌道，橢圓軌道的近地點(diǎn)為A,遠(yuǎn)地點(diǎn)為B。6、鞏固練習(xí)1、為了對火星及其周圍的空間環(huán)境進(jìn)行探測，我國預(yù)計(jì)于2011年10月發(fā)射第一顆火星探測器“螢火一號”。假設(shè)探測器在離火星表面高度分別為h1和h2的圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，周期分別為T1和T2?；鹦强梢暈橘|(zhì)量分布均勻的球體，且忽略火星的自轉(zhuǎn)影響，萬有引力常量為G。僅利用以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出火星的密度和火星表面的重力加速度火星的質(zhì)量和火星對“螢火一號”的引力火星的半徑和“螢火一號”的質(zhì)量火星表面的重力加速度和火星對“螢火一號”的引力在衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)經(jīng)過B點(diǎn)再次點(diǎn)火實(shí)施變軌，將衛(wèi)星送入同步軌道（遠(yuǎn)地點(diǎn)B在同步軌道上），如圖所示。兩次點(diǎn)火過程

12、都是使衛(wèi)星沿切向方向加速，并且點(diǎn)火時(shí)間很短。已知同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)周期為T地球的半徑為R,地球表面重力加速度為g,求：（1）衛(wèi)星在近地圓形軌道運(yùn)行接近A點(diǎn)時(shí)的加速度大??；（2）衛(wèi)星同步軌道距地面的高度。解析：7、如圖，質(zhì)量分別為m和M的兩個(gè)星球A和B在引力作用下都繞O點(diǎn)做勻速周運(yùn)動(dòng)，星球A和B兩者中心之間距離為L。已知A、B的中心和O三點(diǎn)始終共線，A和B分別在O的兩側(cè)。引力常數(shù)為Go1求兩星球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期。2、月球與地球質(zhì)量之比約為1：80，有研究者認(rèn)為月球和地球可視為一個(gè)由兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的雙星系統(tǒng)，它們都圍繞月地連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。據(jù)此觀點(diǎn)，可知月球與地球繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比約為A1：6400B1：80C80：1D6400：13、我國未來將建立月球基地，并在繞月軌道上建造空間站.如圖所示，關(guān)閉動(dòng)力的航天飛機(jī)在月球引力作用下經(jīng)橢圓軌道向月球靠近，并將與空間站在B處對接