宇宙航行（譚臻）

5、宇宙航行譚臻一、牛頓的人造衛(wèi)星原理牛頓設想：拋出速度很大時，物體就不會落回地面R設地球的質(zhì)量為M，繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星的質(zhì)量m，衛(wèi)星的速度為v，它到地心的距離為r。建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動基本思路：衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供。人造衛(wèi)星運動的速度1、衛(wèi)星離地心越遠，它的運行速度就越小。2、向高軌道發(fā)射衛(wèi)星的難度較大，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?，這就要求其發(fā)射速度較大。要使一個物體在地面附近恰能圍繞著地球做圓周運動，需要為它提供多大的速度R運行速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度。發(fā)射速度：指被發(fā)射物體離開地面時的水平初速度。v環(huán)繞v發(fā)射二、宇宙速度要使物體恰能在地面附近繞地球做勻速圓周運動，的速度發(fā)射，并以這一速度圍繞地球表面做勻速圓周運動。把這一速度稱為第一宇宙速度。1、第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度（發(fā)射速度不能低于它，否則衛(wèi)星將不能環(huán)繞地球做圓周運動而落回地面）第一宇宙速度（環(huán)繞速度）2、第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度（在環(huán)繞地球做勻速圓周運動的所有可能速度中）二、宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，，，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。第二宇宙速度：時，衛(wèi)星就會掙脫地球的引力束縛，不再繞地球運行，而是飛向太陽系的其它空間中去。我們把這個速度叫第二宇宙速度。第二宇宙速度（脫離速度）第三宇宙速度:，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去第三宇宙速度（逃逸速度）概念辨析發(fā)射速度和運行速度1、發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度。2、運行速度：是指衛(wèi)星進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度。r↗v↘近地衛(wèi)星其它衛(wèi)星①宇宙速度均指發(fā)射速度②第一宇宙速度是在地面發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，也是環(huán)繞地球運行的最大速度①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方；②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。1、人造地球衛(wèi)星的運行軌道三、人造衛(wèi)星F引F1F2赤道平面北南東西2、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律可見：v、ω、T與r為一一對應關(guān)系練習：求近地衛(wèi)星的周期我們能否發(fā)射一顆周期為80min的衛(wèi)星嗎？3、人造衛(wèi)星的超重和失重①發(fā)射和回收階段發(fā)射加速上升、加速度向上超重②沿圓軌道正常運行只受萬有引力、即重力a向

=g完全失重天平彈簧秤測重力液體壓強計回收減速下降、加速度向上超重與重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失3倍例題：一物體在地球表面重16N，它在以5m／s2的加速度加速上升的火箭中的視重為9N，則此火箭離地球表面的距離為地球半徑的多少倍（地球表面g=10m/s2）4、地球同步衛(wèi)星所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它在軌道上做勻速圓周運動，跟地球自轉(zhuǎn)同步，它的周期：T＝24hh練習:求同步衛(wèi)星離地面高度地球同步衛(wèi)星的特點:地球同步衛(wèi)星能否位于北京正上方某一確定高度h處？1、所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一個確定軌道上（靜止軌道），即同步衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合，衛(wèi)星離地面高度為定值。2、對同步衛(wèi)星：

其r、h、v、ω、T、g'均為確定值BA先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的圓形近地的圓軌道上，在衛(wèi)星經(jīng)過A點時點火加速（噴氣發(fā)動機工作）實施變軌進入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的A，遠地點為同步圓軌道上的B點），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。兩次點火過程都使衛(wèi)星沿切線方向加速，并且點火時間很短。發(fā)射同步衛(wèi)星的一種程序設衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在A點短時間加速后的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達遠地點B時的速率為v3，在B點短時間加速后進入同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用小于號將它們排列起來。發(fā)射同步衛(wèi)星的一種程序Bv2v3Av4v1“神六”發(fā)射及運行過程可簡化為：先由運載火箭將飛船送入橢圓軌道，然后在橢圓軌道的遠地點A實施變軌，進入預定圓軌道，飛船變軌前后速度分別為v1、v2，變軌前后的運行周期分別為T1、T2，飛船變軌前后通過A點時的加速度分別為a1、a2，則下列說法正確的是A．T1＜T2，v1＜v2，a1＜a2B．T1＜T2，v1＜v2，a1＝a2C．T1＞T2，v1＞v2，a1＜a2D．T1＞T2，v1＝v2，a1＝a2地球預A定軌道B同步衛(wèi)星為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3°左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆?？梢?，空間位置也是一種資源。h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27.3天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、月球三者比較凡是人造衛(wèi)星的問題都可從下列關(guān)系去列運動方程，即:重力=萬有引力=向心力2、兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,軌道半徑之比r1∶r2=3∶1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是A、周期之比T1∶T2=3∶1

B、線速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9

D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9例題分析1、人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則A、速度越小，周期越小

B、速度越小，加速度越小C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大BCD3、1999年5月10日，我國成功地發(fā)射了“一箭雙星”，將“風云1號”氣象衛(wèi)星和“實驗5號”科學實驗衛(wèi)星送入離地面870m的軌道，已知地球半徑為6400m，這兩顆衛(wèi)星的運動速度約為

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