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1、第五节 宇宙航行郭新华发射绕地飞行变轨进入地月转移轨道绕月飞行撞月学习目标学习目标 能够用万有引力定律和牛顿第二定律推导能够用万有引力定律和牛顿第二定律推导第一宇宙速度，正确理解卫星的变轨问题。第一宇宙速度，正确理解卫星的变轨问题。考纲要求考纲要求 理解卫星的运行速度、周期、角速度与半理解卫星的运行速度、周期、角速度与半径的关系。建立起卫星发射过程的正确图景。径的关系。建立起卫星发射过程的正确图景。发发 射射绕绕 地地 飞飞 行行变变 轨轨绕绕 月月 飞飞 行行一、人造卫星的发射原理一、人造卫星的发射原理 牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面回地面
2、二、卫星在轨道上的运行规律二、卫星在轨道上的运行规律 已知地球的质量为M，卫星的质量为m,它到地心的距离为r,计算人造卫星的运行线速度、角速度和周期。同理 结论：结论：r 越大越大， 越小，越小， 越小，越小，T越长。越长。rGMv =rvmrMmG=22近地卫星近地卫星 解：地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力思考思考： 我们能否发射一颗线速度为我们能否发射一颗线速度为9km/s的卫的卫星呢？星呢？结论结论： 是最大的轨道运行速度。是最大的轨道运行速度。 不能！不能！地球同步卫星地球同步卫星h特点：特点：特点：特点：（1 1）周期）周期）周期）周期 24h 24h 与地球保持相对静
3、止与地球保持相对静止与地球保持相对静止与地球保持相对静止（2 2）定点在赤道上空）定点在赤道上空）定点在赤道上空）定点在赤道上空（3 3）距离地面的高度高度一定（约距）距离地面的高度高度一定（约距）距离地面的高度高度一定（约距）距离地面的高度高度一定（约距地面地面地面地面36000km36000km）同步卫星 挑战高考挑战高考 （2008年山东理综）年山东理综） 据报道，我国数据中继卫星据报道，我国数据中继卫星“天链一天链一号号01星星”于于2008年年4月月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经日在西昌卫星发射中心发射升空，经过过4次变轨控制后，于次变轨控制后，于5月月1日成功定点在东经日成功
4、定点在东经77赤道上空的同赤道上空的同步轨道关于成功定点后的步轨道关于成功定点后的“天链一号天链一号01星星”，下列说法正确，下列说法正确的是（的是（ ）A运行速度大于运行速度大于7.9 km/sB离地面高度一定，相对地面静止离地面高度一定，相对地面静止C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等BC三、卫星变轨三、卫星变轨（1）卫星从低轨道变到高轨道需加速，还是减速？）卫星从低轨道变到高轨道需加速，还是减速？ 需加速。加 速后，万有引力提供不了以更大
5、的速度运行所需要的向心力，做离心运动，轨道半径变大。（2）卫星从高轨道变到低轨道需加速，还是减速？）卫星从高轨道变到低轨道需加速，还是减速？ 需减速。减速后，万有引力大于以更小的速度运行所需要的向心力，做近心运动，轨道半径变小。 变轨问题处理方法：利用万有引力与所需向心力的大小关变轨问题处理方法：利用万有引力与所需向心力的大小关系，判断卫星做离心运动，还是做近心运动，确定轨道半径系，判断卫星做离心运动，还是做近心运动，确定轨道半径的大小变化。的大小变化。 热点链接热点链接 我国于我国于2007年年10月月24日成功发射了日成功发射了“嫦娥一嫦娥一号号”探月卫星，卫星由地面发射后，由发射轨道探月
6、卫星，卫星由地面发射后，由发射轨道进入停泊轨道，然后再由停泊轨道调速后进入地进入停泊轨道，然后再由停泊轨道调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道，开始绕月转移轨道，再次调速后进入工作轨道，开始绕月做匀速圆周运动，对月球进行探测，其奔月路月做匀速圆周运动，对月球进行探测，其奔月路线简化后如图所示。线简化后如图所示。卫星从停泊轨道进入地月转移轨道时速度应增卫星从停泊轨道进入地月转移轨道时速度应增加还是减小？加还是减小？若月球半径为若月球半径为R，卫星工作轨道距月球表面高，卫星工作轨道距月球表面高度为度为H。月球表面的重力加速度为（。月球表面的重力加速度为（g为地球表面为地球表面的重力加速度
7、），试求：卫星在工作轨道上运行的重力加速度），试求：卫星在工作轨道上运行的线速度和周期。的线速度和周期。解解：（1）速度增加。）速度增加。 （2）卫星在绕月飞行时，月球对它的万有引力提供它）卫星在绕月飞行时，月球对它的万有引力提供它做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：由公式解得：由公式解得：由公式解得：发射绕地飞行变轨进入地月转移轨道绕月飞行撞月成果展示太太太太 空空空空育育育育 种种种种GPSGPS定位定位定位定位 8H 8HZ Z现象现象现象现象超超超超 重重重重现现现现 象象象象失失失失 重重重重现现现现 象象象象航航航航 天天天天之之之之 路路路
8、路 2003年年4月月9日，国际空间站的宇航员日，国际空间站的宇航员Nikolai Budarin拍拍到的俄罗斯到的俄罗斯Lada温室里的一个情景：叶子上的球形水滴，其温室里的一个情景：叶子上的球形水滴，其中还悬浮着一个空气气泡，水滴安然的待在叶子上，而植物的中还悬浮着一个空气气泡，水滴安然的待在叶子上，而植物的茎不会因为水滴的重量而弯曲。茎不会因为水滴的重量而弯曲。神州五号太空育种神州五号太空育种 巨型南瓜重逾巨型南瓜重逾300300斤斤太空南瓜每周施一次农家肥，最多时一天能长太空南瓜每周施一次农家肥，最多时一天能长1010斤，成熟后斤，成熟后的重量在五六百斤的重量在五六百斤太空丝瓜，形体如蛇，被称为蛇丝瓜太空丝瓜，形体如蛇，被称为蛇丝瓜太空佛手太空佛手长长在在空空中中的的太太空空地地瓜瓜一一 、强健的身体、强健的身体二、良好的心理素质二、良好的心理素质三、献身精神三、献身精神四、团结协作精神四、团结协作精神我是一名航天员我是一名航天员
