7.4.2卫星变轨问题 课件-浙江省舟山中学2020-2021学年高一物理人教版（2019）必修第二册

§7.5.2 卫星变轨 《万有引力与宇宙航行》 思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？ 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？ 　　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。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 v F引 F引＜F向 F引＞F向 （1）.卫星变轨原理 M m A点速度—内小外大（在A点看轨迹） 在A点万有引力相同 A v F引 1 2 R 卫星在圆轨道运行速度v1 v2 θ＞900 减小 卫星变轨原理 v3 F引 L 卫星变轨原理 使卫星进入更高轨道做圆周运动 v3 v4 （3）．三个运行物理量的大小比较 （4）.宇宙飞船与空间站的对接 空间站实际上就是一个载有人的人造卫星，那么，地球上的人如何登到空间站，空间站上的人又如何返回地面？这些活动都需要通过宇宙飞船来完成，这就存在一个宇宙飞船与空间站对接的问题。　　 思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加 速去追上空间站实现对接呢？ 不行，因为飞船加速后做离心运动会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，便可实现对接，如图所示. 空间站 飞船 （5）.卫星的回收 例1.(卫星变轨问题)2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播，影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图8所示，地球在椭圆轨道 Ⅰ 上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道 Ⅱ.在圆形轨道 Ⅱ 上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚.对于该过程，下列说法正确的是 （ ） A.沿轨道 Ⅰ 运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道 Ⅱ B.沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期 C.沿轨道 Ⅰ 运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度 D.在轨道 Ⅰ 上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大 B 例2.(卫星、飞船的对接问题)如图所示，我国发射的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功.假设对接前“天宫二号”与“神舟十一号”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轨道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.飞船先在比空间实验室轨道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 “THANKS” （2）．卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。 (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。 (2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。 (1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点速率分别为vA、vB。在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB。 (2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。 (3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律eq \f(r3,T2)＝k可知T1＜T2＜T3。 （4）机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒.若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1<E2<E3. （6）.卫星变轨的实质 两类变轨 离心运动 近心运动 变轨起因 卫星速度突然增大 卫星速度突然减小