卫星的发射和变轨

南涧县民族中学/Z高一物理必修2学案新授学案024（1202）主编：吴正才物理组组长审核：学校领导审核:卫星的发射和变轨小组:姓名:班级：学号：小组:姓名:♦【学习目标】在天体运动中，当轨道半径发生变化，由万有引力提供向心力分析各物理量的变化情况。♦【预学及解答】一、 人造卫星基本原理绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r确定后，与之对应的卫星线速度V=」'但、周期T=2兀「二、向心加速度a=业也都是确定的。如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，弋r \GM r2即轨道半径r发生变化，上述物理量都将随之变化。同理，只要上述物理量之一发生变化，另外几个也必将随之变化。在高中物理中，会涉及到人造卫星的两种变轨问题。二、 渐变由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型火箭，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的速度），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。处理思路及规律将人造卫星视为绕地球（或其他天体）做匀速圆周运动，所需向心力等于地球（或其他天体）对卫星的万有引力，即：Mm v2G~^~=m~rMm v2G~^~=m~r=m32r=mr=man.越大，3越小，越大，v越小，r越大，T越大，a=GM，r越大，a越小•三、突变由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其到达预定的目标。如：发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道I，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为V1，第一次在P点点火加速，在短时间内将速率由V］增加到V2,使卫星进入椭圆形的转移轨道II;卫星运行到远地点Q时的速率为V3,此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4,使卫星进入同步轨道III，绕地球做匀速圆周运动。mv2 GMm第一次加速：卫星需要的向心力 增大了，但万有引力 没变，因此卫星r r2将开始做离心运动，进入椭圆形的转移轨道II。点火过程中卫星的线速度增大。

在转移轨道上，卫星从近地点P向远地点Q运动过程，根据开普勒第二定律（在相等时间内扫过的面积相等）知，速度减小。在远地点Q时如果不进行再次点火，卫星将继续沿椭圆轨道运行，从远地点Q回到近地点P，不会自动进入同步轨道。这种情况下卫星在Q点受到的万有引力大于以速率％沿同步轨道运动所需要的向心力，因此卫星做向心运动。为使卫星进入同步轨道，在卫星运动到Q点时必须再次启动卫星上的小火箭，短时间内使卫星的速率由七增加到mv2v4,使它所需要的向心力一广增大到和该位置的万有引力相等，这样就能使卫星进入同步轨道III而做匀速圆周运动。♦【巩固练习】向心加速度分别为Q］、a2、a3向心加速度分别为Q］、a2、a3，则3D.ai<a3<a2速圆周运动。设3D.ai<a3<a2v<v<vC.a>a>a1 2 3 1 2 3（单选）我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是飞船变轨前后的速度相等飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于超重状态飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度（单选）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行（即绕地球一圈需要24小时）；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨