第03节飞向太空

1 第三节第三节 飞向太空飞向太空 一 火箭 1 火箭的原理 利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的反作用力 使火箭向前射出 2 火箭的组成 主要有壳体和燃料两部分 3 多级火箭 多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合 一般用三级 火箭起飞时 第 一级火箭的发动机 点火 推动各级火箭一起前进 当这一级的燃料燃尽后 第二级火箭 开始工作 并自动脱掉第一级火箭的外壳 第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速 以 此类推 最终达到所需要的速度 二 航天技术的发展历程 1 遨游太空 1957 年 10 月 4 日 苏联发射了第一颗人造地球卫星 1961 年 4 月 12 日 世界第一艘载人宇 宙飞船 东方 1 号 带着苏联宇航员加加林环绕地球一圈 1969 年 7 月 20 日 美国的 阿波 罗 11 号 宇宙飞船将两名宇航员送上了月球 1971 年 4 月 9 日 苏联发射了 礼炮 1 号 空 间站 1973 年 美国将 天空实验室 空间站送入太空 实现了人类无法在地面上进行的各 种科学实验 1981 年 4 月 12 日 美国 哥伦比亚号 航天飞机首次载人航天飞行试验成功 2003 年 10 月 15 日 我国首次载人航天飞行取得圆满成功 2 空间探测器 1962 年美国的 水手 2 号 探测器第一次对金星进行了近距离考察 1989 年美国宇航局发射 的 伽利略号 探测器飞行 6 年到达木星 对木星进行了长达 7 年的考察 2003 年美国的 勇气号 与 机遇号 火星探测器分别发射成功 经过七个多月的旅行后 勇气号 于 2004 年 1 月登陆火星 2007 年中国的 嫦娥一号 月球探测器发射成功 2010 年中国的 嫦娥二号 月球探测器发射成功 2013 年中国的 嫦娥三号 月球探测器成功登月 判断下列说法的正误 1 在地面上发射人造卫星的最小速度是 7 9 km s 2 如果在地面发射卫星的速度大于 11 2 km s 卫星会永远离开地球 3 要发射一颗人造月球卫星 在地面的发射速度应大于 16 7 km s 4 使火箭向前射出的力是它利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的作用力 2 一 火箭与人造卫星的发射 1 人造卫星 人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度 发射速度大于 7 9 km s 可进 入绕地球飞行的轨道 成为人造地球卫星 发射速度大于或等于 11 2 km s 可成为太阳的人 造行星或飞到其他行星上去 2 三级火箭 1 一级火箭的最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度 发射卫星要用多级火箭 2 三级火箭的工作过程 火箭起飞时 第一级火箭的发动机 点火 燃料燃尽后 第二级火箭开始工作 并且自动 脱掉第一级火箭的外壳 以此类推 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备 这些附属设备具有一定的质量 并且级数越多 连接部位的附属设备质量越大 并且所需的技术要求也相当精密 因此 火箭的级数并不是 越多越好 一般用三级火箭 例 1 多选 一颗人造地球卫星以初速度 v 发射后 可绕地球做匀速圆周运动 若使发射速 度增大为 2v 则该卫星可能 A 绕地球做匀速圆周运动 B 绕地球运动 轨道变为椭圆 C 不绕地球运动 成为太阳的人造行星 D 挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙 二 人造地球卫星 1 人造地球卫星的轨道特点 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道 也可以是圆轨道 1 卫星绕地球沿椭圆轨道运动时 地心是椭圆的一个焦点 卫星的周期和半长轴的关系遵 循开普勒第三定律 2 卫星绕地球沿圆轨道运动时 因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心 力 而万有引力指向地心 所以地心必定是卫星圆轨道的圆心 3 卫星的轨道平面可以在赤道平面内 如同步卫星 可以通过两极 上空 极地轨道 也可以和赤道平面成任一角度 如图 1 所示 2 地球同步卫星 地球同步卫星位于地球赤道上方 相对于地面静止不动 它跟地球 的自转角速度相同 广泛应用于通信 又叫同步通信卫星 地球同步卫星的特点见下表 周期一定与地球自转周期相同 即 T 24 h 86 400 s 角速度一定与地球自转的角速度相同 高度一定卫星离地面高度 h r R 6R 为恒量 3 6 104 km 速度大小一定 v 3 07 km s 为恒量 环绕方向与地球自转方向相同 2 r T 3 向心加速度大小一定a 0 23 m s2 轨道平面一定轨道平面与赤道平面共面 例 2 多选 静止 在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面 为天气预报提供准确 全面和及时的气象资料 设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的 n 倍 下列说法中正确的是 A 同步卫星距地面的高度是地球半径的 n 1 倍 B 同步卫星运行速度是第一宇宙速度的 1 n C 同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的 1 n D 同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的 忽略地球的自转效 1 n 应 针对训练 1 如图所示 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫 星导航系统 其中有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星 已知中地球轨 道卫星的轨道高度在 5 000 15 000 km 则下列说法正确的是 A 中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B 上述两种卫星的运行速度可能大于 7 9 km s C 中地球轨道卫星绕地球一圈时间大于 24 小时 D 静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期 三 赤道上物体 同步卫星 和 近地卫星 的比较 例 3 如图所示 A 为地面上的待发射卫星 B 为近地圆轨道卫星 C 为地球同步卫星 三 颗卫星质量相同 三颗卫星的线速度大小分别为 vA vB vC 角速度大小分别为 A B C 周期分别为 TA TB TC 向心加速度分别为 aA aB aC 则 A A C B B TA TC TB C vA vCaB 同步卫星 近地卫星 赤道上物体的比较 1 同步卫星和近地卫星 相同点 都是万有引力提供向心力 即都满足 m m 2r mr ma GMm r2 v2 r 4 2 T2 由上式比较各运动量的大小关系 即 r 越大 v a 越小 T 越大 2 同步卫星和赤道上物体 相同点 周期和角速度相同 不同点 向心力来源不同 对于同步卫星 有 ma m 2r GMm r2 4 对于赤道上物体 有 mg m 2r GMm r2 因此要通过 v r a 2r 比较两者的线速度和向心加速度的大小 针对训练 2 多选 关于近地卫星 同步卫星 赤道上物体 以下说法正确的是 A 都是万有引力等于向心力 B 赤道上的物体和同步卫星的周期 线速度 角速度都相等 C 赤道上的物体和近地卫星的线速度 周期不同 D 同步卫星的周期大于近地卫星的周期 1 人造卫星的发射 2013 年 6 月 11 日 17 时 38 分 神舟十号 飞船在酒泉卫星发射中心 发射升空 航天员王亚平进行了首次太空授课 在飞船进入离地面 343 km 的圆形轨道环绕 地球飞行时 它的线速度大小 A 等于 7 9 km sB 介于 7 9 km s 和 11 2 km s 之间 C 小于 7 9 km sD 介于 7 9 km s 和 16 7 km s 之间 2 对同步卫星的认识 下列关于我国发射的 亚洲一号 地球同步通讯卫星的说法 正确 的是 A 若其质量加倍 则轨道半径也要加倍 B 它在北京上空运行 故可用于我国的电视广播 C 它以第一宇宙速度运行 D 它运行的角速度与地球自转角速度相同 3 对同步卫星的认识 多选 我国数据中继卫星 天链一号 01 星 在西昌卫星发射中心发 射升空 经过 4 次变轨控制后 成功定点在东经 77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点的 天链一号 01 星 下列说法中正确的是 A 运行速度大于 7 9 km sB 离地面高度一定 相对地面静止 C 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速