专题4：卫星的变轨问题（课件） 2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）.

主讲老师：陈庆威 第七章：专题4 卫星的变轨问题 高中物理必修第二册课件 目录 CONTENT 高中物理必修第二册课件 为何变轨 如何变轨 巩固提升 高中物理必修第二册课件 问题与思考 00. 卫星能不能像第二幅图那样从地球直奔月球，而不需要变轨呢？ 为何变轨 第一部分 高中物理必修第二册课件 原因之一：节能 04. 直接飞到月球可能是最快的方式，但目前的科技很难做到。目前的方案是首先进入地球轨道，然后通过点燃三级火箭逐级将飞船推入地月转移轨道，飞船与三级火箭脱离，依靠月球的引力飞向月球。这样利用地球、月球引力不断加速变轨的措施，可以使飞船节省大量燃料，也更利于登月舱着陆。 高中物理必修第二册课件 原因之二：发动机负荷 04. 正如汽车爬山一样，为了克服阻力需要汽车发动机持续大功率输出。持续高功率输出会加重汽车发动机的负担，严重时甚至损毁。所以人们用盘山公路来解决汽车爬坡问题。 高中物理必修第二册课件 原因之三：测控要求 04. 发射火箭不仅要有足够的燃料，还要能对火箭的飞行过程进行有效的测量和控制。有效测控点越多，测控精度就越高，发射过程也就越可控。比如前期的入轨精度，真可谓差之毫厘谬之千里。 高中物理必修第二册课件 原因之四：发射窗口 04. 发射窗口（Launch window）是指比较合适运载火箭发射的一个时间范围。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计算，窄的只有几十秒钟，甚至为零。 卫星的发射过程又是如何变轨的呢？ 发射窗口是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的。由于太阳、地球和其他星体的相对位置在不断变化，即使发射同一类型、同一轨道的航天器，其发射窗口也是不固定的。明白了这个道理，人们就不会奇怪，航天器的发射有时在早晨、有时在傍晚、有时在白天、有时在夜里。 如何变轨 第二部分 高中物理必修第二册课件 变轨视频演示 01. 高中物理必修第二册课件 变轨原理 02. V F引 F引＜F向 F引＞F向 M m A F引=F向 离心运动 近心运动 匀速圆周运动 高中物理必修第二册课件 变轨过程1:低轨到高轨 03. 离心运动 离心运动 低圆轨道(Ⅰ)——P点加速 椭圆转移轨道(Ⅱ)——Q点加速 高圆轨道(Ⅲ) · v2 v3 v4 v1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 高中物理必修第二册课件 变轨过程1:低轨到高轨动画演示 04. v3 v4 1 v1 v2 减速，v3<v2 2 3 θ＞900 v F引 加速v2>v1 加速v4>v3 切点P 切点Q 变轨过程中的速度变化 05. 高中物理必修第二册课件 变轨过程的向心加速度 06. 设卫星在轨道Ⅰ通过P的加速度是a1，Ⅱ轨道通过P的加速度是a2,Ⅱ轨道通过Q的加速度为a3，Ⅲ轨道通过Q的速度为a4 · v2 v3 v4 v1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 高中物理必修第二册课件 近心运动 近心运动 低圆轨道(Ⅲ)——Q点减速 椭圆转移轨道(Ⅱ)——P点减速 高圆轨道(Ⅰ) 变轨过程2:高轨到低轨 07. · v2 v3 v4 v1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 高中物理必修第二册课件 两种变轨类型：渐变与突变 08. 一、渐变 由于某种因素（如受到稀薄大气的阻力作用或外界引力等）的影响,使卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐减小或逐渐增大），由于半径变化缓慢，卫星的运动仍可以当做匀速圆周运动处理。 二、突变 根据发射需要，有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机，使飞行轨道发生突变，以到达预定的目标。 高中物理必修第二册课件 变轨的实质 09. 离心运动 近心运动 变轨原因 卫星速度增大 卫星速度减小 万有引力与 向心力的关系 变轨结果 新圆轨道上运动的 线速度、角速度都减小， 周期变大，总能量增加 新圆轨道上运动的 线速度、角速度都增大， 周期变小，总能量减少 高中物理必修第二册课件 拓展视频学习 10. 巩固提升 第三部分 高中物理必修第二册课件 D． 例题1 例题精选 01.    神舟十六号载人飞船与空间站组合顺利交会对接。在对接完成之前，神舟十六号需要完成六次自主变轨，距离地面的高度从200km上升到400km，逐渐接近空间站。已知同步卫星距离地面高度约为36000km，对于变轨过程，下列说法正确的是（　　） A．变轨完成后，飞船的向心加速度增大了 B．变轨完成后，飞船速度大于地球第一宇宙速度 C．在变轨过程中，需要对飞船加速 D．变轨完成后，飞船的运行周期大于24小时 【参考答案：C】 高中物理必修第二册课件 D． 解析 例题解析 02.       A．变轨完成后，飞船的轨道半径变大，根据万有引力提供向心力可知,变轨完成后，轨道半径r增大，所以飞船的向心加速度减小了，故A错误；B．根据万有引力提供向心力可知第一宇宙