《创新设计总复习高中物理课件：第四章 曲线运动 万有引力与航天4-5-3-热点突破：卫星（航天器）的变轨及对接问题.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新设计总复习高中物理课件：第四章 曲线运动 万有引力与航天4-5-3-热点突破：卫星（航天器）的变轨及对接问题.ppt（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、卫星 航天器 的变轨及对接问题 01 02 03 04备选训练 课堂互动 题组剖析 规律总结 课堂互动 轨道II 轨道I 卫星由低轨道 高轨道的运行分析 课堂互动 命题角度1 卫星的变轨 对接问题 1 卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道 如图4所示 1 为了节省能量 在赤道上顺着地球自转方向发射卫星 到圆轨道 上 2 在A点点火加速 由于速度变大 万有引力不足以提 供向心力 卫星做离心运动进入椭圆轨道 3 在B点 远地点 再次点火加速进入圆形轨道 2 对接 航天飞船与宇宙空间站的 对接 实际上就是两个做匀速圆周运 动的物体追赶问题 本质仍然是卫星的变轨运行
2、问题 例4 如图5 宇宙飞船A在低轨道上飞行 为了给 更高轨道的宇宙空间站B输送物质 需要与B对接 它可 以采用喷气的方法改变速度 从而达到改变轨道的目的 则以下说法正确的是 题组剖析 A 它应沿运行速度方向喷气 与B对接后周期比低轨道时的小 B 它应沿运行速度的反方向喷气 与B对接后周期比低轨道时 的大 C 它应沿运行速度方向喷气 与B对接后周期比低轨道时的大 D 它应沿运行速度的反方向喷气 与B对接后周期比低轨道时 的小 A 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 然后飞船 加速追上空间实验室实现对接 B 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 然后空间 实验室减速等待飞船实现对接 C 飞船先在比
3、空间实验室半径小的轨道上加速 加速 后飞船逐渐靠近空间实验室 两者速度接近时实现对接 D 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速 减速后飞 船逐渐靠近空间实验室 两者速度接近时实现对接 题组剖析 变式训练3 2016 天津理综 3 我国即将发射 天 宫二号 空间实验室 之后发射 神舟十一号 飞船与 天 宫二号 对接 假设 天宫二号 与 神舟十一号 都围绕 地球做匀速圆周运动 为了实现飞船与空间实验室的 对接 下列措施可行的是 转到解析 题组剖析 解析 若使飞船与空间站在同一轨道上运行 然后飞 船加速 所需向心力变大 则飞船将脱离原轨道而进 入更高的轨道 不能实现对接 选项A错误 若使飞船 与空
4、间站在同一轨道上运行 然后空间站减速 所需 向心力变小 则空间站将脱离原轨道而进入更低的轨 道 不能实现对接 选项B错误 要想实现对接 可使 飞船在比空间实验室半径较小的轨道上加速 然后飞 船将进入较高的空间实验室轨道 逐渐靠近空间实验 室后 两者速度接近时实现对接 选项C正确 若飞船 在比空间实验室半径较小的轨道上减速 则飞船将进 入更低的轨道 不能实现对接 选项D错误 答案 C 转回原题 题组剖析 命题角度2 变轨前 后各物理量的比较 1 航天器变轨问题的三点注意事项 1 航天器变轨时半径的变化 根据万有引力和所需向心 力的大小关系判断 稳定在新圆轨道上的运行速度变化 由v 判断 2 航天
5、器在不同轨道上运行时机械能不同 轨道半径越 大 机械能越大 3 航天器经过不同轨道的相交点时 加速度相等 外轨 道的速度大于内轨道的速度 题组剖析 2 卫星变轨的实质 A 墨子号 在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越大 B 墨子号 在轨道C上经过Q点的速率大于在轨道A上经过 P点的速率 C 墨子号 在轨道B上经过P时的向心加速度大于在轨道A 上经过P点时的向心加速度 D 墨子号 在轨道B上经过Q点时受到的地球的引力小于经 过P点时受到的地球的引力 题组剖析 例5 2017年1月18日 世界首颗量子科学实验卫 星 墨子号 在圆满完成4个月的在轨测试任务后 正式 交付用户单位使用 如图7为 墨
6、子号 变轨示意图 轨 道A与轨道B相切于P点 轨道B与轨道C相切于Q点 以 下说法正确的是 转到解析 题组剖析 转回原题 A 神舟十一号 在M点加速 可以在P点与 天宫二号 相遇 B 神舟十一号 在M点经一次加速 即可变轨到轨道2 C 神舟十一号 经变轨后速度总大于变轨前的速度 D 神舟十一号 变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周 期 题组剖析 变式训练4 多选 2016年10月19日 神舟十一号 与 天宫二号 成功实现交会对接 如图8所示 交会对 接前 神舟十一号 飞船先在较低圆轨道1上运动 在适 当位置经变轨与在圆轨道2上运动的 天宫二号 对接 M Q两点在轨道1上 P点在轨道2上 三点连
7、线过地 球球心 把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速 下列关于 神舟十一号 变轨过程的描述正确的有 转到解析 题组剖析 转回原题 题组剖析 命题角度3 天体中的 追及相遇 问题 例6 多选 如图9 三个质点a b c的质量分别 为m1 m2 M M远大于m1及m2 在c的万有引力作用 下 a b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运 动 已知轨道半径之比为ra rb 1 4 则下列说法正确 的有 转到解析 A a b运动的周期之比为Ta Tb 1 8 B a b运动的周期之比为Ta Tb 1 4 C 从图示位置开始 在b转动一周的过程中 a b c共线12次 D 从图示位置开始 在b转动一
8、周的过程中 a b c共线14次 题组剖析 转回原题 规律总结 人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨 过程简图如图所示 1 变轨的 两种情况 两个不同轨道的 切点 处线速 度v不相等 图中v v B v A v 同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度 大小不相等 从远地点到近地点万有引力对卫星做正功 动能 增大 引力势能减小 图中v A v B Ek A Ek B Ep A Ep B 两个不同圆轨道上的线速度v不相等 轨道半径越大 v越小 图中v v 2 相关物理量的比较 规律总结 解题模 板 规律总结 B A E机不变 E动不变 E势不变 卫星几种运动形式的能量转化问题 E机不变 E动变化 E
9、势变化 轨道II 轨道I E机增加 E动变化 E势变化 规律总结 T1 T2 对于天体追及问题的处理思 路 在与地球上物体追及时 要根据地球上 物体与同步卫星角速度相同的特点进行判 断 2 根据两星追上或相距最近时满足两星运行的角度差等于2 的整数倍 相距最远时 两星运行的角度差等于 的奇数倍 题组剖析 变式训练5 假设有一载人宇宙飞船在距地面高度 为4 200 km 的赤道上空绕地球做匀速圆周运动 地球 半径约为6 400 km 地球同步卫星距地面高为36 000 km 宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动 每 当两者相距最近时 宇宙飞船就向同步卫星发射信号 然后再由同步卫星将信号发送到地
10、面接收站 某时 刻两者相距最远 从此刻开始 在一昼夜的时间内 接收站共接收到信号的次数为 A 4次 B 6次 C 7次 D 8次 转到解析 题组剖析 转回原题 备选训练 转到解析 1 2017 沈阳质量监测 我国正在进行的探月 工程是高新技术领域的一项重大科技活动 在 探月工程中飞行器成功变轨至关重要 如图6所 示 假设月球半径为R 月球表面的重力加速度 为g0 飞行器在距月球表面高度为3R的圆形轨 道 运动 到达轨道的A点处点火变轨进入椭圆 轨道 到达轨道的近月点B再次点火进入近月 轨道 绕月球做圆周运动 则 备选训练 转回原题 2 多选 如图是 嫦娥三号 飞行轨道示意图 假设 嫦娥三号 运
11、 行经过P点第一次通过近月制动使 嫦娥三号 在距离月面高度为 100 km的圆轨道 上运动 再次经过P点时第二次通过近月制动 使 嫦娥三号 在距离月面近地点为Q 高度为15 km 远地点为P 高度为100 km的椭圆轨道 上运动 下列说法正确的是 A 嫦娥三号 在距离月面高度为100 km 的圆轨道 上运动时速度大小可能变化 B 嫦娥三号 在距离月面高度100 km的 圆轨道 上运动的周期一定大于在椭圆 轨道 上运动的周期 C 嫦娥三号 在椭圆轨道 上运动经过Q 点时的加速度一定大于经过P点时的加速度 D 嫦娥三号 在椭圆轨道 上运动经过 Q点时的速度可能小于经过P点时的速度 备选训练 转到解
12、析 备选训练 转回原题 解析 嫦娥三号 在距离月面高度为100 km的圆轨道上运动是 匀速圆周运动 速度大小不变 选项A错误 由于圆轨道的轨道半径大于椭圆轨道半长轴 根据开普勒定律 嫦娥三号 在距离月面高度100 km的圆轨道 上运动的周期 一定大于在椭圆轨道 上运动的周期 选项B正确 由于在Q点 嫦娥三号 所受万有引力大 所以 嫦娥三号 在椭圆 轨道 上运动经过Q点时的加速度一定大于经过P点时的加速度 选项C正确 嫦娥三号 在椭圆轨道上运动的引力势能和动能之和保持不变 Q点的引力势能小于P点的引力势能 所以 嫦娥三号 在椭圆轨 道 上运动到Q点的动能较大 速度较大 所以 嫦娥三号 在椭 圆轨道 上运动经过Q点时的速度一定大于经过P点时的速度 选项D错误 答案 BC
