7.4.2 宇宙航行-卫星变轨、双星系统、天体追及相遇 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

宇宙航行2.0 卫星变轨 卫星发射的两种方法 直线发射（高轨发射）：整个发射过程中，运载火箭在入轨前始终处于动力飞行状态，要消耗大量燃料。 变轨发射（近地发射）：运载火箭消耗的燃料少，发射场的位置也不受限制。 对于低轨道卫星来说，一般选择垂直发射突破大气层后直接入轨，而中、高轨道卫星的发射一般经历以下三个阶段： ①停泊轨道； ②转移轨道； ③同步轨道。 导 卫星变轨 卫星变轨概念 由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动卫星上的发动机，使卫星的速度发生突变，让其运行轨道发生改变，最终到达预定的目标。 导 卫星变轨 卫星绕天体运行时，提供的向心力与所需要的向心力关系决定着卫星变轨问题 提供的向心力 需要的向心力 卫星运动 = ＞ ＜ 卫星做圆周运动 卫星做近心运动 卫星做离心运动 探 卫星变轨 探 卫星变轨 请分析： 1.加速前后受力的变化； 2.加速前后所需向心力的变化； 3.加速后物体作什么运动？ 万有引力不变 所需向心力变大 由于所需向心力大于万有引力能提供的向心力，故将作离心运动 探 卫星变轨 请分析： 1.加速前卫星在P点作什么运动？ 2.加速前后万有引力的变化； 3.加速后物体所需向心力如何变？物体将作什么运动？ 加速前万有引力大于所需向心力，卫星作近心运动 万有引力不变 P 若加速到刚好所需向心力等于P点的万有引力，则作圆周运动 探 卫星变轨 探 分析 1.从近地轨道1想要进入椭圆轨道2，航天器应在P点如何操作？为什么？ 2.从p点到a点的过程中，速度大小如何变化？ 3.在a点想要进入轨道3，航天器应在a点如何操作？为什么？ 4.试比较a1、ap2、aa2、a3的大小关系。 加速，万有引力不足以提供做圆周运动的向心力，航天器将做离心运动，进入椭圆轨道。 速度逐渐减小 加速，在a点由于万有引力大于做圆周运动的向心力，航天器会做近心运动，因此需要提高做圆周运动的向心力，使其与万有引力大小相等，进入圆轨道3 ap2=a1＞a3=aa2 1 a P 2 3 探 卫星变轨 v1、vp2、va2、v3的速度大小关系？ a1、ap2、aa2、a3的速度大小关系？ 1 a P 2 3 展、评 卫星变轨 用、测 例1.（多选）“嫦娥三号”卫星从地球发射到月球过程的路线示意图如图所示.关于“嫦娥三号”的说法正确的是（ ） A.在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小 B.在O点由d轨道转变到c轨道时，要加速才能实现（不计“嫦娥三号”的质量变化） C.在b轨道上，卫星在P点的速度比在R点的速度大 D.“嫦娥三号”在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等 CD 航天器对接 A要如何操作才能追上B？ A B 要想实现对接，可使航天器在半径较小的轨道上加速，然后进入较高的空间轨道，逐渐靠近其他航天器，两者速度接近时实现对接。 探 航天器对接 用、测 例2.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，然后空间实验室减速等待飞船实现对接 B.飞船先在比空间实验室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.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 D.飞船先在比空间实验室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 拓展探究 B A 试画出AB两卫星相距最近和最远的状态 最近 A B B A 最远 探 A B θ 拓展探究——天体追击相遇问题 经过多少时间AB相距最近（相遇）？ AB谁更快？谁追谁？ 探 A B θ 拓展探究——天体追击相遇问题 经过多少时间AB相距最远？ AB谁更快？谁追谁？ 探 A B θ 拓展探究——天体追击相遇问题 经过多少时间AB相距最近（相遇）？ A要追上B，需要多走的相对角度△θ是多少？ A与B的相对角速度是多少？ 探 拓展探究——双星系统 B A 特点： 1.两星体相对静止 2.两星体运行轨迹圆心相同 3.两星体向心力相同 4.两星体圆周运动周期相同 探 B A 拓展探究——双星系统 已知A星球质量为m，B星球质量为2m，AB相距L,求： 1.A、B星球的运动周期 2.A、B星球作圆周运动的运动半径 展、评 C A B 拓展探究——三星系统 三星共线 A B C 三星成三角形 周期相同，角速度相同，圆周运动圆心相同 探 三星共