專題---人造衛(wèi)星與航天

1、學(xué)程 人造衛(wèi)星與航天一人造衛(wèi)星發(fā)射原理1、什么是人造衛(wèi)星？地球?qū)χ車奈矬w有引力的作用，因而拋出的物體要落回地 面.但是，拋出的初速度越大，物體就會(huì)飛得越遠(yuǎn).如果沒有空 氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來，它將 圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造 衛(wèi)星。那么，這個(gè)初速度至少多大？分析：地球可以看做一個(gè)巨大的拱行橋，橋面的半徑是地球 半徑（約6400km）。地面上有一輛車，假設(shè)可以不斷加速，當(dāng)?shù)?面對(duì)車的支持力 Fn=0時(shí)，它的速度多大？3、同步衛(wèi)星位置：周期：離地高度：運(yùn)行速度：即所有同步衛(wèi)星都在同一條軌道上運(yùn)行！例3.關(guān)于“亞洲一號(hào)”地球同步通訊衛(wèi)星，下

2、述說法正確的是A.已知它的質(zhì)量是1.24 t,若將它的質(zhì)量增為 2.84 t,其同步軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?倍B.它的運(yùn)行速度為 7.9 km/sC.它可以繞過北京的正上方，所以我國(guó)能利用其進(jìn)行電視轉(zhuǎn)播D.它距地面的高度約為地球半徑的5倍，所以衛(wèi)星的向心加速度約為其下方地面上物體的重力加速1度的左練習(xí)3、已知地球質(zhì)量為 MG有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是半徑為（R,)自轉(zhuǎn)周期為 T,地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m引力常量為2、宇宙速度第一宇宙速度：是人造衛(wèi)星的最小 速度，也是衛(wèi)星的最大的 速度。第二宇宙速度（脫離速度）：是使物體掙脫地球引力束縛的最小速度，是人造 的最小發(fā) 射速度，其大小為 11.2km/s

3、。第三宇宙速度（逃逸速度）：是使物體掙脫太陽引力束縛的最小速度，是人造 的最小發(fā) 射速度，其大小為 16.7km/s。A.衛(wèi)星距地面的高度為3 gmT.衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度C.衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小為Mm朱D.衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度小于地球表面的重力加速度例題1.已知地球的第一宇宙速度為7.9km/s,第二宇宙速度為11.2km/s,則沿圓軌道繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度A.只需滿足大于 7.9km/sB .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練習(xí)1. 1990年3月，紫金山天文臺(tái)將1965年9月20日發(fā)現(xiàn)的

4、第2752號(hào)小行星命名為吳健練習(xí)4、設(shè)同步衛(wèi)星離地心的距離為r,運(yùn)行速率為V1,加速度為a1；地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2,近地衛(wèi)星速度為V2,地球的半徑為 R,則下列比值正確的是 （）V1ra r _aR2v1 rA. 一=一B . =C . =-2D . 一 二、|一V2 Ra2 Ra2 rv2R練習(xí)5、如圖所示，地球上空有人造地球同步通信衛(wèi)星，它們向地球發(fā)射微波，但無論同步衛(wèi) 星數(shù)目增到多少個(gè)，地球表面上總有一部分面積不能直接收到它們發(fā)射來的微波，問這個(gè)面積S與地球面積S0之比至少有多大？（結(jié)果要求保留兩位有效數(shù)字，半徑為R,高為h的球缺的表面積為年一筋電，球面積為S=4

5、tiQ。）雄星，其直徑為32 km,如該小行星的密度和地球相同，則其第一宇宙速度為m /s,已知地球半彳5R =6400km,地球的第一宇宙速度為8 km/s.二人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行1、運(yùn)動(dòng)參量：（自己會(huì)推導(dǎo)）速度：角速度：周期：向心加速度：4、衛(wèi)星的變軌、對(duì)接問題例4、2009年5月，航天飛機(jī)在完成對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù) 后，在A點(diǎn)從圓形軌道I進(jìn)入橢圓軌道H ,B為軌道H上的一點(diǎn)，如圖所示，關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的有（）A.在軌道H上經(jīng)過 A的速度小于經(jīng)過 B的速度B.在軌道H上經(jīng)過 A的動(dòng)能大于在軌道I上經(jīng)過 A的動(dòng)能C.在軌道n上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道I上運(yùn)動(dòng)的周期D.在軌道

6、n上經(jīng)過 A的加速度小于在軌道I上經(jīng)過 A的加速度例2、兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比為m1： m2=3: 1,繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比為門：2=1:2,則它們的線速度大小之比V1： V2= ；角速度之比為3 1 ： 3 2=；周期之比T： T2= ；地球?qū)λ鼈兊娜f有引力大小之比F1： F2= 。練習(xí)2、人造衛(wèi)星在太空繞地球運(yùn)行中，若天線偶然折斷，天線將A.繼續(xù)和衛(wèi)星一起沿軌道運(yùn)行B.做平拋運(yùn)動(dòng)，落向地球C.由于慣性，沿軌道切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)D .做自由落體運(yùn)動(dòng)，落向地球2、近地衛(wèi)星（R=r）:例5、宇宙飛船和空間站在同一軌道上運(yùn)動(dòng)，若飛船想與前面的空間站對(duì)接， 道空間站，可采取的方法

7、是A.飛船加速直到追上空間站，完成對(duì)接B.飛船從原軌道減速至一個(gè)較低軌道，再加速追上空間站完成對(duì)接C.飛船加速至一個(gè)較高軌道再減速追上空間站完成對(duì)接D.無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對(duì)接練習(xí)6、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)， 先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道 1,然后經(jīng) 點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道 2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道 3。軌 道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，如圖所示，當(dāng)衛(wèi)星分別在 1、 2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是（）飛船為了追上軌A.衛(wèi)星在軌道 B.衛(wèi)星在軌道 C.衛(wèi)星在軌道 D.衛(wèi)星在軌道Q點(diǎn)時(shí)的加速度P點(diǎn)時(shí)的加速度3上的速率大于在軌道1上的速率3上的角速度小于在

8、軌道1上的角速度1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過 5、衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行中的超、失重現(xiàn)象一g、，1g 公例6、飛船以a=2的加速度勻加速上升，在飛船上用彈黃秤測(cè)得10kg的物體重為75N ,由此可知，飛船距離地面的高度為 km。（ R=6.4 x 103km, g=10m/s2）練習(xí)7、宇宙飛船在離地面高為h=R的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，飛船內(nèi)一彈簧秤下懸掛一質(zhì)量為m的重物，R為地球的半徑，g為地面處的重力加速度，則彈簧秤的讀數(shù)為（）11-mgmgA. 2B. 4C. mgD. 04、我國(guó)在2007年4月份發(fā)射的探月衛(wèi)星“嫦娥 1號(hào)”。設(shè)想嫦娥號(hào)

9、登月飛船貼近月球表面做 勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得其周期為T。飛船在月球上著陸后，自動(dòng)機(jī)器人用測(cè)力計(jì)測(cè)得質(zhì)量為m的儀器重力為P。已知引力常量為 G,由以上數(shù)據(jù)可以求出的量有（）A.月球的半徑B.月球的質(zhì)量C.月球表面的重力加速度D.月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度5、晴天晚上，人能看到衛(wèi)星的條件是衛(wèi)星被太陽照著且在人的視野之內(nèi)。一個(gè)可看成漫反射 體的人造地球衛(wèi)星的圓形軌道與赤道共面，衛(wèi)星自西向東運(yùn)動(dòng)。春分期間太陽垂直射向赤道，赤道上某處的人在日落后 8小時(shí)時(shí)在西邊的地平線附近恰能看到它，之后極快地變暗而看不到了。已知地球的半徑 R=6.4X 106m。試估算衛(wèi)星軌道離地面的高度。解析：練習(xí)8、20

10、05年10月12日，我國(guó)成功發(fā)射了 “神州”六號(hào)載人飛船。這是繼 2003年10月15日神舟五號(hào)載人飛船成功發(fā)射之后，人類探索太空歷史上的又一次重要成就。這次執(zhí)行任務(wù)的長(zhǎng)二F型運(yùn)載火箭，全長(zhǎng) 58.3 m,起飛質(zhì)量為479.8 t,剛起飛時(shí)，火箭豎直升空，航天員費(fèi)俊龍、聶海勝有較強(qiáng)的超重感，儀器顯示他們對(duì)座艙的最大壓力達(dá)到他們體重的5倍。飛船入軌之后，在115.5 h內(nèi)環(huán)繞地球飛行 77圈，將飛船的軌道簡(jiǎn)化為圓形，求1）點(diǎn)火發(fā)射時(shí)，火箭的最大推力。（g取10m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）2）飛船運(yùn)行軌道與地球同步衛(wèi)星軌道的半徑之比（可以保留根號(hào)）6、鞏固練習(xí)1、為了對(duì)火星及其周圍的空間環(huán)境進(jìn)

11、行探測(cè)，我國(guó)預(yù)計(jì)于2011年10月發(fā)射第一顆火星探測(cè)器螢火一號(hào)”。假設(shè)探測(cè)器在離火星表面高度分別為 和h2的圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，周期分別為 Ti 和丁2。火星可視為質(zhì)量分布均勻的球體，且忽略火星的自轉(zhuǎn)影響，萬有引力常量為Go僅利用以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出A .火星的密度和火星表面的重力加速度B.火星的質(zhì)量和火星對(duì) 螢火一號(hào)”的引力C.火星的半徑和 螢火一號(hào)”的質(zhì)量D.火星表 面的重力加速度和火星對(duì)螢火一號(hào)”的引力6、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，可認(rèn)為先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的圓形近地軌道上，在衛(wèi)星經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火（噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作）實(shí)施變軌進(jìn)入橢圓軌道，橢圓軌道的近地點(diǎn)為 A,遠(yuǎn)地點(diǎn)為Bo在衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)

12、動(dòng)經(jīng)過 B點(diǎn)再次點(diǎn)火實(shí)施變軌，將衛(wèi)星送入同步軌道（遠(yuǎn)地點(diǎn)B在同步軌道上），如圖所示。兩次點(diǎn)火過程都是使衛(wèi)星沿切向方向加速，并且點(diǎn)火時(shí)間很短。已知同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)周期為T,地球的半徑為R,地球表面重力加速度為 g,求：（1）衛(wèi)星在近地圓形軌道運(yùn)行接近A點(diǎn)時(shí)的加速度大??；（2）衛(wèi)星同步軌道距地面的高度。解析：7、如圖，質(zhì)量分別為 m和M的兩個(gè)星球A和B在引力作用下都繞 勻速周運(yùn)動(dòng)，星球 A和B兩者中心之間距離為 L。已知A、B的中心和始終共線，A和B分別在O的兩側(cè)。引力常數(shù)為 Go1求兩星球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期。2在地月系統(tǒng)中，若忽略其它星球的影響，可以將月球和地球看成上述星球A和B,月球繞其軌道中心運(yùn)行為的周期記為Ti。但在近似處理問題時(shí)，常常認(rèn)為月球是繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的，這樣算得的運(yùn)行周期 丁2。已知地球和月球的質(zhì)量分別為5.98 1024kg和7.35 1022kg 。求T2與Ti兩者平方之比。（結(jié)果保留3位小數(shù)）2、月球與地球質(zhì)量之比約為1 : 80,有研究者認(rèn)為月球和地球可視為一個(gè)由兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的雙星系統(tǒng)，它們都圍繞月地連線上某點(diǎn)。做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。據(jù)此觀點(diǎn)，可知月球與地球繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比約為A 1: 6400B 1: 80C 80: 1D 6400: 1/3、我國(guó)未來將建立月球基地，并在繞