7.4.3 宇宙航行(卫星发射、变轨、对接问题)课件-2022-2023学年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 面带微笑 1 (卫星发射、变轨、对接问题 同步卫星 双星及追击问题) 2 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 课前练. 有a、b、c、d 四颗卫星, a还未发射, 在地球赤道上随地球一起转动, b是近地卫星, c是地球同步卫星, d是高空探测卫星, 设地球自转周期为24 h, 所有卫星的运动均视为匀速圆周运动, 各卫星排列位置如图所示, 则下列关于卫星的说法中正确的是( ) A.a的向心加速度等于重力加速度g B.c在6 h内转过的圆心角为 C.b在相同的时间内转过的弧长最长 D.d的运动周期可能是23 h 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 (2). G =man : aⅡA = aⅠ 3. 切点B点 (1). Ⅱ→Ⅲ 近心运动→匀速圆周:加速 vⅢ > vⅡB (2). G =man : aⅢ = aⅡB 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 (2). G =man : 加速度变小 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。 , 20 二、双星模型 2、双星模型特点 ①各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供,即, ②两颗星的周期及角速度都相同,即 ③两颗星的半径与它们之间的距离关系为 ④两颗星到圆心的距离质量的关系 ⑤双星的运动周期 3、多星模型的特点 与多星模型相似,围绕某