6-5第5节 宇宙航行

1、第5节宇宙航行课 标 定 位了解人造地球卫星的最初设想会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度图图651做一做预习自测1关于第一宇宙速度，下列说法正确的是()A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B它是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度C它是使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度D它是卫星在椭圆轨道上运行时在远地点的速度解析：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，是绕地球的最大环绕速度答案：BC2可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道()A与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆B与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆C与地球表面上的赤道为

2、共面同心圆，且卫星相对地球表面静止D与地球表面上的赤道为共面同心圆，且卫星相对地球表面运动解析：人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力是地球对它的万有引力，也就是地球的球心是人造地球卫星做圆周运动的圆心地球只有在纬度为零的赤道的圆心与地球的球心是重合的，其他纬线所在平面的圆心与地球的球心不重合，故不可能发射与非赤道的纬线共面的人造地球卫星，所以A错由于地球的自转，地球上每一条经线所决定的圆都在绕地轴转动，而发射的人造地球卫星若是通过南北极，它与某一经线在某一时刻可能共面，但是这条经线马上就会与人造地球卫星所在的平面成一角度，所以B项错同步卫星就是定点在赤道的上空，且相对地球的表面是静止的，所

3、以C项正确人造地球卫星轨道可以是与赤道共面的同心圆，只要其高度不是同步卫星的高度，则卫星相对地球表面就会是运动的，所以D项正确答案：CD3同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星()A它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的答案：D图图6524关于人造地球卫星及其内部物体的超重、失重问题，下列说法中不正确的是()A在发射过程中向上加速时产生超重现象B在降落过程中向下减速时产生超重现象C进入轨道时做匀速圆周运动，产生失重现象

4、D失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的解析：卫星在向上加速和向下减速时均处于超重现象，卫星进入轨道时做匀速圆周运动时处于完全失重状态，并不是由地球对卫星内物体的作用力变化引起答案：D2第二宇宙速度(脱离速度)：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度，其大小为v11.2 km/s.3第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为v16.7 km/s.特别提示：(1)第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最大运行速度，也是最小发射速度(2)三个宇

5、宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度2地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星同步卫星有以下几个特点：(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且T24 h.(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方4动力学规律：近地卫星和同步卫星都只受万有引力作用，由万有引力充当向心力满足万有引力充当向心力所决定的天体运行规

6、律赤道上的物体由万有引力和地面支持力的合力充当向心力(或说成万有引力的分力充当向心力)，它的运动规律不同于卫星的运动规律特别提示：若卫星或飞船沿运行速度方向喷气时，则减速；若沿运行速度的反方向喷气，则加速题型探究题型一宇宙速度的计算【例1】 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t落回手中，已知该星球的半径为R，求这个星球上的第一宇宙速度反思：该类问题的思路是，依据运动情况求得重力加速度，然后依据重力提供向心力求得第一宇宙速度一定要明确地球(星球)表面附近绕地球(星球)做圆周运动时的线速度即为第一宇宙速度，这时卫星运动的轨道半径为地球(星球)的半径，向心加速度为地球(星球)表面的重力加速

7、度【变式1】 人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒钟大约自转一周(引力常量G6.671011Nm2/kg2，地球半径R约为6.4103 km)(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动而被“甩”掉，它的密度至少为多少？(2)假设某白矮星的密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？答案：(1)1.411011 kg/m3(2)4.02107 m/s题型二人造地球卫星【例2】 如图653所示，a、b、c 是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等且小于c的质量，则()Ab所需向心力最小Bb、c的周期相同且大于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等，且

8、大于a的向心加速度Db、c的线速度大小相等， 且小于a的线速度图图653答案：ABD反思：卫星在圆轨道上运行时的v、T、a是由轨道半径r决定的，与卫星质量无关一旦半径r确定，v、T、a都确定下来【变式2】 高度不同的三颗人造卫星，某一瞬间的位置恰好与地心在同一条直线上，如图654所示，则此时它们的线速度大小，角速度大小，周期和向心加速度的大小比较为()A123Bv1v2v3CT1T2T3 Da1a2a3图图654答案：B题型三人造卫星的发射和变轨【例3】 发射地球同步卫星时，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

9、道2、3相切于P点(如图655)则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是()图图655A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点时的加速度大小大于它在轨道2上经过Q点时的加速度大小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点时的加速度答案：BD【变式3】 宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，飞船为了追上前面的空间站与之对接，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图图656答案：B随堂反馈1两颗人造地球卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比是TA TB1 8，则轨道半径之比和运动的速率之比分别是()ARA RB4 1vA vB1 2BRA RB4 1vA vB2 1CRA RB1 4vA vB1 2DRA RB1 4vA vB2 1因此选项D正确2如图657所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，圆b、c、d的圆心均在地球的地心上，对绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星而言()A