D113.“嫦娥一號”衛(wèi)星系列問題.ppt

“嫦娥一號”衛(wèi)星 系列問題1,嫦娥一號衛(wèi)星發(fā)射大事記 問題1 問題2 問題3 問題4 問題5 問題6 問題7 問題8 問題9 問題10 問題11 問題12 問題13 /special/2007-10-17/735.shtml,“嫦娥一號”衛(wèi)星系列問題1,嫦娥一號衛(wèi)星發(fā)射大事記,2007年10月24日，“嫦娥一號”衛(wèi)星由長征三號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，星箭成功分離之后，順利進入近地點200公里、遠地點51000公里、周期為16小時的超地球同步軌道。 10月25日，順利完成了第一次遠地點變軌控制，成功地將“嫦娥一號”衛(wèi)星近地點從200公里抬升到600公里。 10月26日成功進行第一次近地點變軌控制，成功進入繞地飛行24小時周期軌道。 10月29日18時01分，嫦娥一號衛(wèi)星在24小時軌道飛行第圈時,嫦娥一號衛(wèi)星成功實施第二次近地點變軌控制,衛(wèi)星將由24小時周期軌道進入48小時周期軌道，遠地點高度將提高到12萬多公里。,10月31日實施入軌后的第四次變軌，按預定的時間、位置、速度成功進入地月轉(zhuǎn)移軌道，進入奔月之旅的漫漫行程。 11月2日，順利完成軌道修正，原來設(shè)計的3次軌道修正由于變軌控制準確，取消了2次。 11月5日，嫦娥一號衛(wèi)星首次飛達近月點，順利實施第一次近月制動，成為一顆繞月衛(wèi)星。 11月6日-7日，嫦娥一號衛(wèi)星順利完成第2次和第3次近月制動，成功進入周期127分鐘的圓軌道。 11月20日，嫦娥一號衛(wèi)星搭載的光學成像設(shè)備隨后打開，地面收到了第一批原始圖像數(shù)據(jù)。 11月26日，嫦娥一號所拍攝的月球立體圖片正式公布。,問題1,【問題1】伴隨發(fā)射點火的巨大轟鳴，在長三甲“大力士”的托舉下，經(jīng)過火箭起飛、火箭一二級分離、火箭整流罩打開、火箭二三級分離 、星箭分離、太陽能電池板展開、定向天線展開，“嫦娥”將首先被送入近地點200公里、遠地點約5.1萬公里、運行周期約為16小時的超地球同步轉(zhuǎn)移軌道。發(fā)射第二天，衛(wèi)星第一次遠地點變軌，使嫦娥1號的近地點升高，隨著第1次遠地點的加速，衛(wèi)星的近地點高度將被抬高至600公里，但軌道周期仍為16小時。在16小時軌道運行總計數(shù)十小時之后，當“嫦娥一號”在16小時軌道上運行第三圈，到達距離地球最近點時，衛(wèi)星再次加速，使“嫦娥一號”所在的橢圓軌道的遠地點升高，軌道周期也變?yōu)?4小時左右(24小時繞地球一圈)。 試估算地球24小時橢圓軌道的遠地點。請將此遠地點跟地球同步衛(wèi)星的離地高度進行比較。（ ） （保留兩位有效數(shù)字）,衛(wèi)星在16小時周期軌道運行時的半長軸,衛(wèi)星在24小時周期軌道運行時的半長軸,遠地點為H=2b2-600-12800=7.1104 km，即7萬1千公里,地球同步衛(wèi)星的運行半徑等于衛(wèi)星在24小時周期軌道運行時的半長軸,地球同步衛(wèi)星的離地高度 h=b2-R=3.58104 km,衛(wèi)星在24小時周期軌道運行時的遠地點約是地球同步衛(wèi)星的離地高度的2倍。,解：,問題2,【問題2】 嫦娥一號衛(wèi)星順利完成第2次和第3次近月制動，成功進入距離月球高為h= 200km的圓軌道?！版隙鹨惶枴睂⒃诰嚯x月球高為h處繞月球做勻速圓周運動已知月球半徑為R，月球表面重力加速度為g，“嫦娥一號”環(huán)繞月球運行的周期為 ( ),B,問題3,【問題3】 當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是（ ） A. 衛(wèi)星在軌道3上遠地點的速率大于近地點的速率 B.衛(wèi)星在軌道3上遠地點的角速度小于近地點的角速度 C. 衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的速率小于在軌道2上經(jīng)過Q點時的速率 D. 衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度 等于在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度,B C D,解見下頁,解：,根據(jù)開普勒第二定律可得出,衛(wèi)星在軌道3上遠地點的速率小于近地點的速率，,衛(wèi)星在軌道3上遠地點的角速度小于近地點的角速度。,衛(wèi)星在Q點時，在圓形軌道1上的速率小于在軌道2上的速率（在Q點衛(wèi)星是通過加速實現(xiàn)變軌從軌道1進入軌道2的）。,衛(wèi)星在P點時，無論是在軌道2還是 在軌道3，所受引力相等，由牛頓第 二定律易知，衛(wèi)星的加速度相等,問題4,【問題4】軌道周期變?yōu)?4小時左右(24小時繞地球一圈)運行一圈后，在距離地球最近時，衛(wèi)星第二次加速，遠地點高度升至120000千米，使軌道周期變?yōu)?8小時左右(48小時繞地球一圈)。再運行一圈后，進行調(diào)相軌道段的最后一次加速。這次加速過程使得“嫦娥一號”.飛行軌道的遠地點接近40萬千米，進入了奔向月球的軌道。取地球的半徑為R=6400km，嫦娥1號衛(wèi)星的質(zhì)量為2350kg,地球表面重力加速度為g=10m/s2.求衛(wèi)星在遠地點高度升至120000千米時的加速度大小。,解：,又,問題5,【問題5】嫦娥1號由地球沿地月轉(zhuǎn)移軌道奔向月球過程中，途中經(jīng)某一位置時嫦娥1號受地球和月球引力的合力恰好為零，已知地球和月球兩球心間的距離為3.84108m，地球質(zhì)量是月球質(zhì)量的81倍。試計算嫦娥1號受地球引力和月球引力的合力為零的位置距地球中心的距離。,解：,設(shè)飛船質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M, 月球質(zhì)量為m 距地球距離為x，月球距離為y。據(jù)題意,M=81m ，,且 x+y=3.84108m，,代入數(shù)據(jù)可得,x=3.456107m,問題6,【問題6】北京航天飛行控制中心于5日11時37分對嫦娥一號衛(wèi)星成功實施了第一次近月制動，順利完成第一次“太空剎車”動作。衛(wèi)星被月球捕獲，進入環(huán)月軌道，成為我國第一顆月球衛(wèi)星。第二次制約制動是將衛(wèi)星形成一個3.5小時周期的軌道，還有是第三次近月制動，形成周期是127.6 min，離月球表面200 km的空中沿圓形軌道運動，就是工作的一個環(huán)月圓軌道。“嫦娥1號”將在這條軌道上執(zhí)行1年的月球探測任務，衛(wèi)星將在工作軌道上開展一年的探測活動，完成對月球的地形地貌、特定物質(zhì)類型及分布、月壤特性和地月空間環(huán)境四項科學探測任務。已知月球的半徑是1740 km,G=6.6710-11Nm2/kg2,根據(jù)上述有關(guān)數(shù)據(jù)計算月球的質(zhì)量和平均密度,解：,設(shè)月球半徑為R，月球質(zhì)量為M，月球密度為，登月火箭軌道離月球表面為h，運動周期為T，火箭質(zhì)量為m，火箭沿軌道運行時有F引=F向，,由,故,其中,問題7,【問題7】我國發(fā)射的探月衛(wèi)星“嫦娥1號”的環(huán)月工作軌道是圓形的，離月球表面200 km，若“嫦娥1號”貼近月球表面飛行。已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/81，月球的半徑約為地球半徑的1/4，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該“嫦娥1號”繞月運行的速率約為 ( ) A. 0.4 km/s B. 1.8 km/s C. 11 km/s D. 36 km/s,解：,B,問題8,A.探測器加速運動時，沿直線向后噴氣 B.探測器加速運動時，豎直向下噴氣 C.探測器勻速運動時，豎直向下噴氣 D.探測器勻速運動時，不需要噴氣,【問題8】若嫦娥1號完成對月球的探測任務后，在離開月球的過程中，由靜止開始沿著與月球表面成一傾斜角的直線飛行，先加速運動，再勻速運動。探測器通過噴氣而獲得推動力。以下關(guān)于噴氣方向的描述中正確的是 （ ）,解:,探測器沿直線加速運動時,所受合力F合方向與運動方向相同,而重力方向豎直向下,由平行四邊形定則知推力方向必須斜向上方,因此噴氣方向u斜向下。,勻速運動時，所受合力為零，因此推力方向必須豎直向上，噴氣方向u豎直向下。選C,C,問題9,解見下頁,A C D,解：,A、D正確，,C正確，,B錯誤,問題10,【問題10】設(shè)地球的質(zhì)量為M,地球的半徑為R，地球自轉(zhuǎn)周期為T0，萬有引力的恒量為G.取離地球的無限遠重力勢能為零，物體的重力勢能的公式為 (式子中，r為質(zhì)量為m的物體離開地心的距離) ， （1）“嫦娥1號”質(zhì)量為m ，在離地心為r的圓軌道上運行，試確定衛(wèi)星具有機械能的表達式 （2）若在赤道處發(fā)射 “嫦娥1號”衛(wèi)星，先使其做近地繞行，其軌道沿赤道上方，且設(shè)飛行時無氣體阻力，則對衛(wèi)星至少應做多少功？,解：,（1）由萬有引力提供向心力得到,（2）“嫦娥1號”衛(wèi)星做近地繞行時有，,地球自轉(zhuǎn)的線速度,由動能定理得,【問題11】 2007年10月24日18點29分，“嫦娥一號”衛(wèi)星星箭成功分離之后，順利進入近地點200公里、遠地點51000公里、周期為16小時的超地球同步軌道。25日17時56分，順利完成了第一次遠地點變軌控制，成功地將“嫦娥一號”衛(wèi)星近地點從200公里抬升到600公里。26日17時44分，北京航天飛行控制中心向 “嫦娥一號”衛(wèi)星發(fā)出指令，衛(wèi)星主發(fā)動機再次打開，成功進行第一次近地點變軌控制，巨大的推力使衛(wèi)星遠地點高度大大提高，成功進入繞地飛行24小時周期軌道, 10月29日18時01分，嫦娥一號衛(wèi)星在24小時軌道飛行第3圈時，嫦娥一號衛(wèi)星成功實施第三次變軌，這也是衛(wèi)星入軌后的第二次近地點變軌。衛(wèi)星將由24小時周期軌道進入48小時周期軌道，遠地點高度將提高到12萬多公里，在這個軌道上運行1圈后，衛(wèi)星于10月31日實施入軌后的第四次變軌，變軌成功后進入地月轉(zhuǎn)移軌道，開始奔向月球的漫漫行程。如圖示,問題11,（1）該衛(wèi)星在環(huán)繞地球的橢圓軌道上運行，假設(shè)它在運行中近地點的速度為v1，當它由遠地點運行到近地點的過程中。地球引力對它做功為W，則宇宙飛船在遠地點的速度v2多大？,（2）衛(wèi)星最終在離月球表面200km的高度繞月球飛行，運行周期為多少？,（地球半徑為 R=6400km，月球半徑 r=1736km, 約是地球半徑的 , 月球質(zhì)量為是地球質(zhì)量的 , 取g =10m/s2 , 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）,解：,（1） 由機械能守恒定律,（2）在地球表面,在月球表面,題目,問題12,【問題12】理論證明，取離星球中心無窮遠處為引力勢能的零勢點時，以物體在距離星球中心為r處的引力勢能可表示為: ,式中G為萬有引力常數(shù)，M、m表示星球與物體的質(zhì)量，而萬有引力做的正功等于引力勢能的減少已知月球質(zhì)量為M、半徑為R，探月飛船的總質(zhì)量為m月球表面的重力加速度為g （1）求飛船在距月球表面H=200km高的環(huán)月軌道運行時的速度v； （2）設(shè)將飛船從月球表面發(fā)送到上述環(huán)月軌道的能量至少為E有同學提出了一種計算此能量E的方法:根據(jù) ，將（1）中的v代入即可請判斷此方法是否正確，并說明理由如不正確，請給出正確的解法與結(jié)果（不計飛船質(zhì)量的變化及其他天體的引力）,解：,（1）探月飛船作圓周運動所需的向心力由月球?qū)μ皆嘛w船的萬有引力提供有,（2）不正確 ； ,因探月飛船從月球表面發(fā)送到H高處的過程中月球的引力為變力，故克服引力所做的功不等于mgH ,由引力勢能定義可知探月飛船從月球表面發(fā)送到H處引力勢能的改變量,整理后得,由能量守恒定律可知，將探月飛船從月球表面發(fā)送 到H處所需的能量為,聯(lián)立求解得,題目,問題13,【問題13】我國已在酒泉、太原、西昌建有衛(wèi)星發(fā)射場，目前擬在海南新建發(fā)射場。中國探月計劃首席科學家歐陽自遠指出，海南新發(fā)射場的建立將更有利于我國深空探測的發(fā)展。請你說出海南發(fā)射場的優(yōu)勢？（說出一條即可）,答：,1.海南緯度比較低，有利于火箭的發(fā)射，有助于節(jié)省燃料。,2.飛行航區(qū)更安全,海南擁有廣袤的無人居住的海洋,這可以解