高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行第三课时学案

7.4宇宙航行（三）

【学习目标】

了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.

【基础感知】

一、人造卫星的发射、变轨与对接

1.发射问题

要发射人造卫星，动力装置在地面处要给卫星一很大的发射初速度，且发射速度v＞v1＝7.9 km/s，人造卫星做离开地球的运动；当人造卫星进入预定轨道区域后，再调整速度，使F引＝F向，即G＝m，从而使卫星进入预定轨道.

2.卫星的变轨问题

（1）卫星变轨时，先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r发生变化。

（2）如图所示为卫星发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后在Q经点火加速，则v1Q    v2Q，离心沿椭圆轨道2运行，在2轨道上v2Q    v2P，在2轨道P点最后再一次点火，则v2P    v3P，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）

（3）根据以上知识，有v2Q      v1Q      v3P      v2P

（4）Q、P点的加速度有a1Q    a2Q，a2P    a3P

3.飞船对接问题

(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图甲所示，低轨道飞船通过合理地加速，沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接.

(2)同一轨道飞船与空间站对接

如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度.

二、天体中的追及相遇问题

例、两颗卫星在同一轨道平面同向绕地球做匀速圆周运动，地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则

（1）a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少?

（2）若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最近?

（3）若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远?

【典型例题】

1.(多选)如图所示，航天飞机在完成太空任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的近地点，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有(　　)

A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度

B.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度

C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期

D.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

2.如图所示为卫星发射过程的示意图，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，最后再一次点火，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，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是(　　)

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上的周期大于在轨道2上的周期

C.卫星在轨道1上经过Q点时的速率大于它在轨道2上经过Q点时的速率

D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度

【当堂检测】

1.(多选)如图所示，搭载着“嫦娥二号”卫星的“长征三号丙”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射.卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100 km、周期为118 min的工作轨道Ⅲ，开始对月球进行探测，下列说法正确的是(　  　)

A.卫星在轨道Ⅲ的运行速度比月球的第一宇宙速度小

B.卫星在轨道Ⅲ上经过P点的加速度比在轨道Ⅰ上经过P点的加速度大

C.卫星在轨道Ⅲ上的运行周期比在轨道Ⅰ上的长

D.卫星在轨道Ⅰ上经过P点的速度比在轨道Ⅲ上经过P点的速度大

2. 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,可采取最好的方法是(        )

A飞船加速直到追上轨道空间站,完成对接

B飞船从原轨道减速至一个较低轨道,再加速追上轨道空间站,完成对接.

C飞船加速至一个较高轨道,再减速追上轨道空间站,完成对接.

D无论飞船如何采取何种措施,均不能与空间站对接

3.设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，某人造卫星在赤道上空做匀速圆周运动，轨道半径为r，且r<5R，飞行方向与地球的自转方向相同，在某时刻，该人造卫星通过赤道上某建筑物的正上方，则到它下一次通过该建筑物正上方所需要的时间为（地球同步卫星轨道半径约为6R）（     ）

A.    B.    C.    D.