专题 人造卫星与航天

1、学而不思贝山罔学程人造卫星与航天（二）一人造卫星发射原理1、什么是人造卫星？地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面.但是，抛出的初速度越大，物体就会飞得越远.如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。那么，这个初速度至少多大？分析：地球可以看做一个巨大的拱行桥，桥面的半径是地球半径（约6400km）o地面上有一辆车，假设可以不断加速，当地面对车的支持力巧产0时，它的速度多大？2、宇宙速度第一宇宙速度：是人造卫星的最小速度，也是卫星的最大的速度。第二宇宙速度（脫离速度）：是使物体挣脫地球引力束缚

2、的最小速度，是人的最小发射速度，其大小为11.2km/so第三宇宙速度（逃逸速度）：是使物体挣脫太阳引力束缚的最小速度，是人的最小发射速度，其大小为16.7km/so例题1.已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s,第二宇宙速度为11.2km/s,则沿圆轨道绕地球运行的人造卫星的运动速度A.只需满足大于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练习1.1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2752号小行星命名为吴健m/s,已知地雄星，其直径为32km,如该小行星的密度和地球相同，则其第一宇宙速度为球半径

3、R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s.二人造地球卫星的运行1、运动参量：（自己会推导）速度：角速度：周期：向心加速度：例2、两颗人造地球卫星质量之比为血：m=3：1,绕地球做匀速圆周运动的轨道半径之比为厂:厂2=12则它们的线速度大小之比忖v=；角速度之比为3：W=；周期之比7；：T=；地球对它们的万有引力大小之比行：F=o练习2、人造卫星在太空绕地球运行中，若天线偶然折断，天线将继续和卫星一起沿轨道运行B.做平抛运动，落向地球C.由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动D.做自由落体运动，落向地球思而不学则殆2、近地卫星（R=r）：3、同步卫星位置：周期：离地高度：运行速度：即所有

4、同步卫星都在同一条轨道上运行！例3.关于“亚洲一号”地球同步通讯卫星，下述说法正确的是已知它的质量是1.24t,若将它的质量增为2.84t,其同步轨道半径变为原来的2倍它的运行速度为7.9km/s它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用其进行电视转播它距地面的高度约为地球半径的5倍，所以卫星的向心加速度约为其下方地面上物体的重力加速度的点练习3、已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G.有关同步卫星，下列表述正确的是（）A.卫星距地面的高度为GO4tt2C.卫星运行时受到的向心力大小为G贰B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度D.卫星运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厂2vR2222练习4、设同步卫星离地心的距离为厂，运行速率为加速度为竹；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为岛，近地卫星速度为卩2,地球的半径为丘则下列比值正确的是（）练习5、如图所示，地球上空有人造地球同步通信卫星，它们向地球发射微波，但无论同步卫星数目增到多少个，地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波，问这个面积S与地球面积S之比至少有多大？（结果要求保0“.留两位有效数字,半径为R,高为h的球缺的表面积为S1=27lRh，球面积为s=41lRo）/轨道II、!、4、卫星的变轨、对接问题例4、200

6、9年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道I进入椭圆轨道II,E为轨道II上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有（）在轨道II上经过A的速度小于经过E的速度在轨道II上经过A的动能大于在轨道I上经过A的动能在轨道II上运动的周期小于在轨道I上运动的周期在轨道II上经过A的加速度小于在轨道I上经过A的加速度例5、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是飞船加速直到追上空间站，完成对接飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接无论飞

7、船采取何种措施，均不能与空间站对接2学而不思则一罔-思而不学则殆.练习6、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示,当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）/1卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度-5、卫星的发射与运行中的超、失重现象1例6、飞船以a=2g的加速度匀加速

8、上升，在飞船上用弹簧秤测得10kg的物体重为75N,由此可知，飞船距离地面的高度为km。（R=6.4X103km,g=10m/s2）练习7、宇宙飞船在离地面高为h=R的轨道上做匀速圆周运动，飞船内一弹簧秤下悬挂一质量为m的重物，R为地球的半径，g为地面处的重力加速度，则弹簧秤的读数为（）A.2mg1mgB.4C.mgD.0图中航天飞机在飞向B处的过程中，月球引力做正功航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速根据题中条件可以算出月球质量根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小4、我国在2007年4月份发射的探月卫星“嫦娥1号”。设想嫦娥号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，测得其周

9、期为T。飞船在月球上着陆后，自动机器人用测力计测得质量为m的仪器重力为P。已知引力常量为G,由以上数据可以求出的量有（）A.月球的半径B.月球的质量C月球表面的重力加速度D.月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度5、晴天晚上，人能看到卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内。一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动。春分期间太阳垂直射向赤道，赤道上某处的人在日落后8小时时在西边的地平线附近恰能看到它，之后极快地变暗而看不到了。已知地球的半径R=6.4X106m。试估算卫星轨道离地面的高度。解析：练习8、2005年10月12日，我国成功发射了“神州”六号载人飞船。这

10、是继2003年10月15日神舟五号载人飞船成功发射之后，人类探索太空历史上的又一次重要成就。这次执行任务的长二F型运载火箭，全长58.3m,起飞质量为479.8t,刚起飞时，火箭竖直升空，航天员费俊龙、聂海胜有较强的超重感，仪器显示他们对座舱的最大压力达到他们体重的5倍。飞船入轨之后，在115.5h内环绕地球飞行77圈，将飞船的轨道简化为圆形，求1）点火发射时，火箭的最大推力。（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）2）飞船运行轨道与地球同步卫星轨道的半径之比（可以保留根号）6、发射地球同步卫星时，可认为先将卫星发射至距地面高度为勺的圆形近地轨道上，在卫星经过A点时点火（喷气发动机工作）实施

11、变轨进入椭圆轨道，椭圆轨道的近地点为A,远地点为B。6、巩固练习1、为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G。仅利用以上数据，可以计算出火星的密度和火星表面的重力加速度火星的质量和火星对“萤火一号”的引力火星的半径和“萤火一号”的质量火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力在卫星沿椭圆轨道运动经过B点再次点火实施变轨，将卫星送入同步轨道（远地点B在同步轨道上），如图所示。两次点火过程

12、都是使卫星沿切向方向加速，并且点火时间很短。已知同步卫星的运动周期为T地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,求：（1）卫星在近地圆形轨道运行接近A点时的加速度大小；（2）卫星同步轨道距地面的高度。解析：7、如图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧。引力常数为Go1求两星球做圆周运动的周期。2、月球与地球质量之比约为1：80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统，它们都围绕月地连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动的线速度大小之比约为A1：6400B1：80C80：1D6400：13、我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站.如图所示，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，并将与空间站在B处对接