专题---人造卫星与航天.doc

学而不思则罔 思而不学则殆 学程 人造卫星与航天（二）一 人造卫星发射原理1、什么是人造卫星？地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面但是，抛出的初速度越大，物体就会飞得越远如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。那么，这个初速度至少多大？ 分析：地球可以看做一个巨大的拱行桥，桥面的半径是地球半径（约6400km）。地面上有一辆车，假设可以不断加速，当地面对车的支持力FN=0 时， 它的速度多大？2、宇宙速度 第一宇宙速度：是人造卫星的最小_速度，也是卫星的最大的_速度。 第二宇宙速度（脱离速度）：是使物体挣脱地球引力束缚的最小速度，是人造 的最小发射速度，其大小为11.2km/s。 第三宇宙速度（逃逸速度）：是使物体挣脱太阳引力束缚的最小速度，是人造 的最小发射速度，其大小为16.7km/s。例题1已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s，第二宇宙速度为11.2km/s， 则沿圆轨道绕地球运行的人造卫星的运动速度A只需满足大于7.9km/s B小于等于7.9km/sC大于等于7.9km/s，而小于11.2km/s D一定等于7.9km/s 练习11990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，其直径为32 km，如该小行星的密度和地球相同，则其第一宇宙速度为 ms，已知地球半径=6400km，地球的第一宇宙速度为8 kms二 人造地球卫星的运行1、运动参量：（自己会推导） 速度： 角速度： 周期： 向心加速度：例2、两颗人造地球卫星质量之比为m1：m2=3：1，绕地球做匀速圆周运动的轨道半径之比为r1：r2=1:2，则它们的线速度大小之比v1：v2= _；角速度之比为1：2=_；周期之比T1：T2= _；地球对它们的万有引力大小之比F1：F2= _。练习2、人造卫星在太空绕地球运行中，若天线偶然折断，天线将A继续和卫星一起沿轨道运行 B做平抛运动，落向地球C由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动 D做自由落体运动，落向地球2、近地卫星 （R=r）：3、同步卫星 位置： 周期： 离地高度： 运行速度： 即所有同步卫星都在同一条轨道上运行！例3. 关于“亚洲一号”地球同步通讯卫星，下述说法正确的是A.已知它的质量是1.24 t，若将它的质量增为2.84 t，其同步轨道半径变为原来的2倍B.它的运行速度为7.9 km/sC.它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用其进行电视转播D.它距地面的高度约为地球半径的5倍,所以卫星的向心加速度约为其下方地面上物体的重力加速度的练习3、已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G.有关同步卫星，下列表述正确的是()A卫星距地面的高度为 B卫星的运行速度小于第一宇宙速度C卫星运行时受到的向心力大小为G D卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度练习4、设同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，近地卫星速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是 （ ）A= B= C= D=练习5、如图所示，地球上空有人造地球同步通信卫星，它们向地球发射微波，但无论同步卫星数目增到多少个，地球表面上总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波，问这个面积S与地球面积S0之比至少有多大？（结果要求保留两位有效数字，半径为R，高为h的球缺的表面积为，球面积为。） 4、卫星的变轨、对接问题例4、2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有()A在轨道上经过A的速度小于经过B的速度B在轨道上经过A的动能大于在轨道上经过A的动能C在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期D在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度例5、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是 A. 飞船加速直到追上空间站，完成对接B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C. 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D. 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接练习6、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度5、卫星的发射与运行中的超、失重现象例6、飞船以a=的加速度匀加速上升，在飞船上用弹簧秤测得10kg的物体重为75N，由此可知，飞船距离地面的高度为_km。（R=6.4103km, g=10m/s2）练习7、宇宙飞船在离地面高为h=R的轨道上做匀速圆周运动，飞船内一弹簧秤下悬挂一质量为m的重物，R为地球的半径，g为地面处的重力加速度，则弹簧秤的读数为（ ）A. B. C. mg D. 0练习8、2005年10月12日，我国成功发射了“神州”六号载人飞船。这是继2003年10月15日神舟五号载人飞船成功发射之后，人类探索太空历史上的又一次重要成就。这次执行任务的长二F型运载火箭，全长58.3 m，起飞质量为479.8 t，刚起飞时，火箭竖直升空，航天员费俊龙、聂海胜有较强的超重感，仪器显示他们对座舱的最大压力达到他们体重的5倍。飞船入轨之后，在115.5 h内环绕地球飞行77圈，将飞船的轨道简化为圆形，求1）点火发射时，火箭的最大推力。（g取10m/s2，结果保留两位有效数字）2）飞船运行轨道与地球同步卫星轨道的半径之比（可以保留根号）6、巩固练习1、为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G。仅利用以上数据，可以计算出A火星的密度和火星表面的重力加速度B火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C火星的半径和“萤火一号”的质量D火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力2、月球与地球质量之比约为1：80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成 的双星系统，它们都围绕月地连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动的线速度大小之比约为A 1：6400 B 1：80 C 80：1 D 6400：13、我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站如图所示，关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近，并将与空间站在B处对接已知空间站绕月轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中正确的是()A图中航天飞机在飞向B处的过程中，月球引力做正功B航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速C根据题中条件可以算出月球质量 D根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小4、我国在2007年4月份发射的探月卫星“嫦娥1号”。设想嫦娥号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，测得其周期为T。飞船在月球上着陆后，自动机器人用测力计测得质量为m的仪器重力为P。已知引力常量为G，由以上数据可以求出的量有（ ）A月球的半径 B月球的质量C月球表面的重力加速度 D月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度5、 晴天晚上，人能看到卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内。一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动。春分期间太阳垂直射向赤道，赤道上某处的人在日落后8小时时在西边的地平线附近恰能看到它，之后极快地变暗而看不到了。已知地球的半径R=6.4106m。试估算卫星轨道离地面的高度。解析：地球AB同步轨道6、发射地球同步卫星时，可认为先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地轨道上，在卫星经过A点时点火（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆轨道，椭圆轨道的近地点为A，远地点为B。在卫星沿椭圆轨道运动经过B点再次点火实施变轨，将卫星送入同步轨道（远地点B在同步轨道上），如图所示。两次点火过程都是使卫星沿切向方向加速，并且点火时间很短。已知同步卫星的运动周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，求：（1）卫星在近地圆形轨道运行接近A点时的加速度大小；（2）卫星同步轨道距地面的高度。 解析：07、如图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始