宇宙航行(卫星发射、变轨、对接问题)课件 【核心知识 精讲精研】 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

卫星变轨及双星模型高中物理（必修二）第七章专题(卫星发射、变轨、对接问题同步卫星

双星及追击问题)星空浩瀚，科学探索永无止境。我国航天事业取得巨大成就，2020年12月，嫦娥五号成功带回1731克月壤返回地球。你知道嫦娥探测器是如何飞向月球的吗？一、卫星变轨

C一.卫星发射：(1).用多级火箭加速使卫星进入轨道②F引<F向

,卫星做离心运动③F引>F向

,卫星做近心运动(2).进入轨道时，思考：卫星绕地球可能做什么运动？①若F引=F向

,卫星绕地球做匀速圆周运动

对于低轨道卫星来说一般直接入轨,即最后一级火箭发动机关机后,就可进入预定轨道。而中、高轨道卫星的发射需要滑行入轨,一般经历以下三个阶段：①停泊轨道：h=200km~400km的圆形轨道②转移轨道：即图中椭圆形轨道,地球为焦点

③同步轨道：调整姿态实现电磁通讯二.卫星变轨我国在2018.11.1发射了第41颗北斗导航同步卫星，那么如何让卫星进入预定轨道呢？二、同步卫星的轨道是一条圆形轨道，它的轨道平面与赤道平面重合。三、同步卫星的周期T=24h同步卫星的角速度和地球自转的角速度相同，是确定的数值。

根据四、同步卫星的高度得：r=42000km高度：h=r-R=36000km五、同步卫星的线速度得：v=3.08km/s同步卫星的特点：赤道正上方，特定高度圆轨道，轨道半径，线速度，角速度，周期都是定值七、同步卫星的通讯功能注:1.图中A点为椭圆轨道Ⅱ与圆轨道Ⅰ的切点,图中B点为椭圆轨道Ⅱ与圆轨道Ⅲ的切点课堂探究一：(1).从圆轨道Ⅰ变为椭圆轨道Ⅱ,

需要在A点加速还是减速？2.图中除了A、B两点变轨时需点火变速,其它地方运行时均关闭推进器,依靠惯性滑行(2).从椭圆轨道Ⅱ的A点运动到B点,运行的速度变大还是变小？(3).从椭圆轨道Ⅱ变为圆轨道Ⅲ,需要在B点加速还是减速？(4).若在圆轨道Ⅰ上运行的速度为vⅠ

在圆轨道Ⅲ上运行的速度为vⅢ在椭圆轨道Ⅱ上运行时经过A点的速度为vⅡA

在椭圆轨道Ⅱ上运行时经过B点的速度为vⅡB

试比较vⅠ、vⅢ、vⅡA、vⅡB的大小vⅡA>vⅠ>vⅢ>

vⅡB(5).若在圆轨道Ⅰ上运行的周期为TⅠ

在椭圆轨道Ⅱ上运行的周期为TⅡ

在圆轨道Ⅲ上运行的周期为TⅢ试比较TⅠ、TⅡ、TⅢ的大小TⅠ<TⅡ<TⅢ(6).若在圆轨道Ⅰ上运行时经过A点的加速度为aⅠ

在圆轨道Ⅲ上运行时经过B点的加速度的为aⅢ在椭圆轨道Ⅱ上运行时经过A点的加速度为aⅡA

在椭圆轨道Ⅱ上运行时经过B点的加速度为aⅡB

试比较aⅠ与aⅡA

、

aⅢ与aⅡB的大小

aⅡA=

aⅠ>aⅢ=aⅡB

4.比较：1.切点A点(1).Ⅰ→Ⅱ

匀速圆周→离心运动:加速vⅡA>vⅠ

3.切点B点(1).Ⅱ→Ⅲ近心运动→匀速圆周:加速vⅢ>vⅡB

2.从A点→B点(1).开普勒第二定律:速度变小卫星变轨总结(1).vⅡA>vⅠ>vⅢ>vⅡB(2).aⅡA=aⅠ>aⅢ=aⅡB(3).TⅠ<TⅡ<TⅢ

二、双星模型1、双星模型定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统，如图。2、双星模型的特点双星的角速度、周期相等双星的向心力大小相等双星的轨道半径的特点

【探究】宇宙中两个相距较近的天体称为“双星”，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，但两者不会因万有引力的作用而吸引到一起。设两者的质量分别为m1和m2，两者相距为L，分析：(1)双星的轨道半径之比；(2)双星的线速度之比；(3)双星的角速度。

二、双星模型

3、多星模型的特点与多星模型相似，围绕某一固定点做同周期的匀速圆周运动。但是，需要关注他们所受多个万有引力，其合力提供向心力。

【例3】（多选）宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至因为万有引力的作用而吸引到一起。如图所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比rA∶rB＝1∶2，则两颗天体的(

)A．质量之比mA∶mB＝2∶1B．角速度之比ωA∶ωB＝1∶2C．线速度大小之比vA∶vB＝2∶1D．向心力大小之比FA∶FB＝1∶1√√

√√FFF合r

三、天体的追及相遇问题

14[例1](多选)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，将卫星送入同步圆轨道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(

)A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．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D．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点时的加速度系统集成第79页BD[针对训练1]2019年1月15日，嫦娥四号生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长实验．如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道Ⅰ上运动，接着在Ⅰ上的A点实施变轨进入近月的椭圆轨道Ⅱ，再由近月点B实施近月制动，最后成功登陆月球，下列说法正确的是(

)A.“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期B.“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运动至A点时，需制动减速才能进入轨道ⅡC.“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在A点的加速度大小大于在B点的加速度大小D.“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程中，速度逐渐减小系统集成第80页B5．(多选)中国自行研制的“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在距离地球高为h的轨道上实现自动对接，为未来空间站建设迈出了关键一步．对接前，它们的运动轨迹如图所示，假设“天宫一号”绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T，“神州八号”运行的轨道为椭圆，且两轨道相切于远地点P，已知引力常量为G.则下列说法正确的是(

)A．在远地点P处，“神舟八号”的加速度与“天宫一号”的加速度相等B．根据题中条件可以计算出地球的平均密度C．根据题中条件可以计算出“天宫一号”的质量D．要实现“神舟八号”与“天宫一号”在远地点P处对接，

“神舟八号”需在靠近P处点火减速系统集成第82页AB三.卫星对接

4.比较：1.切点A点(1).Ⅰ→Ⅱ

匀速圆周→离心运动:加速vⅡA>vⅠ