第03节飞向太空

1、 宇宙航行昆31中韦家娜2018年9月18日中国新闻网：我国正在规划深空探测工程，初步明确了四次任务。第一次任务计划在2020年7月发射火星探测器，预计经过10个月的飞行，2021年到达火星，着陆火星表面并进行巡视探测。其后，计划在2028年左右进行第二次火星探测任务，采集火星土壤返回地球。我国还将进行小行星探测，并在2030年前后开展木星系探测和行星系探测。目前火星第一次探测任务正在实施，后面三次任务正报请国务院批准。知识结构一、人造卫星的运行问题二、宇宙速度的理解与计算三、卫星的变轨问题一、人造卫星的运行问题1、人造卫星的运行规律(1)、(2)、(3)、(4)、巧记：高轨低“速”，低轨高“

2、速”（“速”指线速度、角速度、向心加速度）（1）地球同步卫星（2）近地卫星（3）极地卫星2、常见的人造卫星：周期高度线速度角速度轨道平面绕行方向向心加速度轨道半径速度轨道特点解决天体运动问题的两条思路：天体运动近似看成匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供若在地面附近万有引力近似等于物体的重力练习1（2017年全国）.2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道可视为圆轨道运行与天宫二号单独运行相比，组合体运行的A. 周期变大B. 速率变大C. 动能变大D. 向心加速度变大C1、理解：（1）宇宙速度是指在地球表面的发

3、射速度，而不是卫星在高空的运行速度（2）第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，也是所有人造卫星的最大运行速度二、宇宙速度的理解与计算2、第一宇宙速度公式推导：方法一：方法二：第一宇宙速度 适用于任何天体3.第二宇宙速度： 第三宇宙速度：练习2.据悉，我国的火星探测计划将于2020年展开，2020年左右我国将进行第一次火星探测，向火星发射轨道探测器和火星巡视器。已知地球质量约为火星质量的9倍，地球半径约为火星半径的2倍，下列关于火星探测器的说法中正确的是：A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运

4、行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的CD三、卫星的变轨问题 以发射同步卫星为例：发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，第一次在P点点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道；卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道，绕地球做匀速圆周运动。2、卫星变轨1、速率关系： 。2、受力（加速度）关系： ， 。3、轨道与轨道间的能量关系： 。 轨道与轨道间的能量关系： 。在椭圆轨道上，从P运动到Q的过程的能量关系： 。结论是：要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道，

5、即增大轨道半径（增大轨道高度h），一定要给卫星增加能量。E 机 -E机 =W推力E机 -E机 =W推力机械能不变练习3（2016年天津卷）.我国将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神州十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神州十一号”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 （ ）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

6、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C练习4、人造飞船首先进入的是距地面高度近地点为200km，远地点为340km的的椭圆轨道，在飞行第五圈的时候，飞船从椭圆轨道运行到以远地点为半径的圆行轨道上，如图所示，试处理下面问题（地球的半径R=6370km，g=9.8m/s2）：P（1）飞船在椭圆轨道上运行，Q为近地点，P为远地点，当飞船运动到P点时点火，使飞船沿圆轨道运行，以下说法正确的是（ ）A飞船在Q点的万有引力大于该点所需的向心力B飞船在椭圆轨道上运行至P点时的万有引力大于该点所需的向心力C飞船在轨道1上P的速度小于在轨道2上P的速度D飞船在轨道1

7、上P的加速度大于在轨道2上P的加速度BC练习5、(2013年新课标II) (多选题)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是A卫星的动能逐渐减小 B由于地球引力做正功，引力势能一定减小C由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小 BD小结：1、基本公式和基本规律要记牢2、卫星运动的，快速审题和建模（在表面还是空中）3、若是卫星变轨问题 判断从小到大还是从大道小？什么规律？ 注意：变轨前后机械能不守恒，机械能

8、的差值在大小上等于推进器所做的功或者阻力所做的功；在分析动能的变化、势能的变化（引力做功）时一般选用动能定理求解。作业1、（2016年全国卷）.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的倍，假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为A. 1hB. 4h C. 8h D. 16h作业2、(2014年六校联考)北京时间12月6日17时53分，北京航天飞行控制中心对嫦娥三号探测器成功实施近月制动，嫦娥三号探测器顺利进入环月轨道，如图所示为航天飞机飞行图，关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近，并B处实施变轨（B为椭圆轨道和圆形轨道相切处），进入环月轨道，下列说法正确的是A、图中航天飞机在飞向B处的过程中，月球引力做正功B、航天飞机在B处由椭圆轨道可直接进入圆形环月轨道C、航天飞机由椭圆轨道经过B处时的加速度与圆形环月轨道经过B处时的加速度相等D、航天飞机在B处由椭圆轨道进入圆形环月轨道需要加速3、（2015年全国卷）我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行然后经过一系列过程，在离月面4 m高处做一次悬停可认为是相对于月球静止最后关闭发动机，探测器自由下落。已知探测器的质量约为，地球质量约为月球的81