第3章 第3節(jié)　飛向太空

1、.第三節(jié)飛向太空學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道火箭的原理及組成2理解人類遨游太空的歷史3理解空間探測(cè)器及探測(cè)活動(dòng)4能理解火箭運(yùn)行時(shí)超重、失重現(xiàn)象，能分析變軌運(yùn)行問題重點(diǎn)、難點(diǎn)太 空 探 測(cè)1人造衛(wèi)星的發(fā)射要成為地球的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須到達(dá)7.9 km/s，要成為太陽(yáng)的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須到達(dá)11.2 km/s.2發(fā)射衛(wèi)星的火箭1原理：利用燃料燃燒向后急速噴出氣體產(chǎn)生的反作用力，使火箭向前射出2組成：主要有殼體和燃料兩部分3多級(jí)火箭：用幾個(gè)火箭連接而成的火箭組合，一般為三級(jí)；火箭起飛時(shí)，第一級(jí)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)“點(diǎn)火，推動(dòng)各級(jí)火箭一起前進(jìn)，待燃料燃盡后，第二級(jí)火箭開場(chǎng)工作，并自動(dòng)脫掉第一級(jí)

2、火箭的外殼；火箭進(jìn)一步加速，以此類推，最終到達(dá)所需要的速度3人類航天之旅如下表所示：時(shí)間國(guó)家活動(dòng)內(nèi)容1957年10月蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1961年4月蘇聯(lián)第一艘載人宇宙飛船“東方1號(hào)發(fā)射成功，蘇聯(lián)宇航員加加林第一次實(shí)現(xiàn)了人類踏入太空的夢(mèng)想1969年7月美國(guó)“阿波羅11號(hào)登上月球，將兩名宇航員送上了月球，實(shí)現(xiàn)了人類在月球上漫步的夢(mèng)想1971年4月蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮1號(hào)空間站1981年4月美國(guó)“哥倫比亞號(hào)載人航天飛機(jī)試驗(yàn)成功2019年10月中國(guó)發(fā)射“神舟五號(hào)載人飛船，首次載人航天飛行獲得圓滿成功2019年10月中國(guó)“嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星發(fā)射成功，中國(guó)首次對(duì)月球進(jìn)展探測(cè)2019年6月中國(guó)“嫦娥二號(hào)探月

3、衛(wèi)星飛離月球，飛向150萬千米的第2拉格朗日點(diǎn)，進(jìn)展深空探測(cè)2019年9月中國(guó)“天宮一號(hào)目的飛行器成功發(fā)射，并于2020年11月3日與“神舟八號(hào)飛船對(duì)接成功4.空間探測(cè)器1962年美國(guó)的“水手2號(hào)探測(cè)器第一次對(duì)金星進(jìn)展了近間隔 的考察1989年美國(guó)的“伽俐略號(hào)木星探測(cè)器發(fā)射成功2019年美國(guó)的“勇氣號(hào)與“機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器分別發(fā)射成功1美國(guó)發(fā)射的飛船最早將宇航員送上了月球2發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，火箭分開地球外表時(shí)的速度為7.9 km/s.×3中國(guó)發(fā)射的衛(wèi)星已經(jīng)可以對(duì)月球進(jìn)展探測(cè)多級(jí)火箭當(dāng)?shù)谝患?jí)的燃料燃盡后第一級(jí)與箭體脫離，第二級(jí)開場(chǎng)工作每一級(jí)燃料燃盡后為什么要讓它與箭體別離【提示】由牛頓第二定律

4、可知，作用力一定的情況下，質(zhì)量越小獲得的加速度越大，燃料燒盡的部分殼體與箭體別離，使箭體質(zhì)量減小，因此產(chǎn)生更大的加速度，最終衛(wèi)星會(huì)到達(dá)較大的速度北京時(shí)間2019年4月23日7點(diǎn)52分美國(guó)東部時(shí)間2019年4月22日19點(diǎn)52分，美國(guó)研制的人類首架太空戰(zhàn)機(jī)X37B成功發(fā)射升空，“阿特拉斯5號(hào)火箭執(zhí)行了此次發(fā)射任務(wù)完畢太空之旅后，X37B將進(jìn)入自動(dòng)駕駛形式返回地球，最后在加州范登堡空軍基地或者附近備用基地愛德華茲空軍基地著陸討論1：多大的速度才能使物體不再落回地面，而使其成為繞地球運(yùn)動(dòng)的一顆“星呢？【提示】速度到達(dá)7.9 km/s.討論2：多大的速度才能使物體成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆“星【提示】速度到

5、達(dá)11.2 km/s.1人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星要進(jìn)入飛行軌道必須有足夠大的速度速度到達(dá)7.9 km/s可進(jìn)入繞地球飛行的軌道，成為人造地球衛(wèi)星；速度到達(dá)11.2 km/s可成為太陽(yáng)的“人造行星2三級(jí)火箭1一級(jí)火箭最終速度達(dá)不到發(fā)射人造衛(wèi)星所需要的速度，發(fā)射衛(wèi)星要用多級(jí)火箭2三級(jí)火箭的工作過程如圖3­3­1所示火箭起飛時(shí)，第一級(jí)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)“點(diǎn)火，燃料燃盡后，第二級(jí)火箭開場(chǎng)工作，并自動(dòng)脫掉第一級(jí)火箭的外殼，以此類推火箭發(fā)射衛(wèi)星示意圖圖3­3­1由于各級(jí)火箭的連接部位需大量附屬設(shè)備，這些附屬設(shè)備具有一定的質(zhì)量，并且級(jí)數(shù)越多，連接部位的附屬設(shè)備質(zhì)量越大，并且所需的技

6、術(shù)要求也相當(dāng)精細(xì)，因此，火箭的級(jí)數(shù)并不是越多越好，一般用三級(jí)火箭1假設(shè)地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其實(shí)際繞行速率A一定等于7.9 km/sB一定小于7.9 km/sC一定大于7.9 km/sD介于7.911.2 km/s之間【解析】設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的半徑為R，衛(wèi)星的軌道半徑為r，速率為v，地球的第一宇宙速度為v1，那么有Gm，得v，當(dāng)rR時(shí)，vv17.9×103m/s.而實(shí)際中衛(wèi)星的軌道r>R，那么v<v17.9×103 m/s.應(yīng)選B.【答案】B2如圖3­3­2所示，火箭內(nèi)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上有質(zhì)量為18 kg的測(cè)試儀器，火

7、箭從地面起飛后，以加速度a豎直勻加速上升，g取10 m/s2，試求：圖3­3­21火箭剛啟動(dòng)時(shí)，測(cè)試儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的壓力是多大；2火箭升至距地面的高度為地球半徑的一半，即h時(shí)，測(cè)試儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的壓力又是多大【解析】1火箭啟動(dòng)時(shí)，設(shè)儀器受平臺(tái)的支持力為F，由牛頓第二定律得Fmgma代入數(shù)據(jù)得F270 N，由牛頓第三定律知，測(cè)試儀器對(duì)平臺(tái)的壓力是270 N；2設(shè)高h(yuǎn)處的重力加速度為g，所以gg對(duì)儀器由牛頓第二定律得FmgmaFmga代入數(shù)據(jù)得F170 N由牛頓第三定律知，測(cè)試儀器對(duì)平臺(tái)的壓力是170 N.【答案】1270 N2170 N火箭通過噴出高速氣體，使火箭與氣體之間發(fā)

8、生互相作用獲得升力而加速上升，由牛頓定律可求出相關(guān)物理量.衛(wèi)星宇宙飛船的變軌問題討論1：正常運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星要使其軌道半徑變大，應(yīng)該怎么辦？【提示】需開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星加速討論2：正常運(yùn)行的衛(wèi)星要使軌道半徑變小，應(yīng)該怎么辦？【提示】需開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星減速衛(wèi)星宇宙飛船在運(yùn)行過程中，中心天體對(duì)衛(wèi)星宇宙飛船的萬有引力充當(dāng)向心力1當(dāng)萬有引力恰好提供向心力時(shí)，衛(wèi)星宇宙飛船在原軌道上運(yùn)動(dòng)2假設(shè)衛(wèi)星或宇宙飛船通過自身發(fā)動(dòng)機(jī)加速后，所需向心力增大，萬有引力小于所需要向心力，衛(wèi)星宇宙飛船做遠(yuǎn)離中心天體的運(yùn)動(dòng)3假設(shè)衛(wèi)星或宇宙飛船減速時(shí)，所需向心力變小，即萬有引力大于所需要向心力時(shí)，衛(wèi)星宇宙飛船做靠近中心天體的運(yùn)動(dòng)3201

9、6年3月30日4時(shí)22分，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭，將第22顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，之后該衛(wèi)星需從軌道轉(zhuǎn)移到軌道，定點(diǎn)在同步軌道上如圖3­3­3所示，關(guān)于該過程，以下說法正確的選項(xiàng)是圖3­3­3A衛(wèi)星需從軌道上的P點(diǎn)適當(dāng)加速B衛(wèi)星可以從軌道上除Q外的任意點(diǎn)適當(dāng)加速C衛(wèi)星需從軌道上的Q點(diǎn)適當(dāng)加速D衛(wèi)星需從軌道上的Q點(diǎn)適當(dāng)減速【解析】衛(wèi)星假設(shè)從軌道上的P點(diǎn)或除Q外的任意點(diǎn)加速，只能改變其橢圓軌道，不可能進(jìn)入軌道，A、B錯(cuò)誤；假設(shè)衛(wèi)星從軌道上的Q點(diǎn)適當(dāng)加速，當(dāng)滿足G時(shí)，可由軌道轉(zhuǎn)移到軌道，C正確，D錯(cuò)誤【答案】C4多項(xiàng)選擇我

10、國(guó)將來將建立月球基地，并在繞月軌道上建造空間站，如圖3­3­4所示，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的航天飛機(jī)在月球引力作用下沿橢圓軌道向月球靠近，并將在橢圓的近月點(diǎn)B處與空間站對(duì)接空間站繞月運(yùn)行的軌道半徑為r，周期為T，萬有引力常量為G，月球的半徑為R.以下描繪或結(jié)論正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：35390049】圖3­3­4A航天飛機(jī)到達(dá)B處由橢圓軌道進(jìn)入空間站軌道時(shí)必須減速B圖中的航天飛機(jī)正在加速地飛向B處C月球的質(zhì)量為MD月球的第一宇宙速度為v【解析】由橢圓軌道進(jìn)入空間站軌道必須減速，A正確航天飛機(jī)由A飛向B是加速運(yùn)動(dòng)的，B正確月球質(zhì)量M，C錯(cuò)誤月球第一宇宙速度v>，

11、D錯(cuò)誤【答案】AB5. 多項(xiàng)選擇發(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，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)動(dòng)，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，如圖3­3­5所示當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說法正確的選項(xiàng)是圖3­3­5A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大小大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大小D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度大小等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度大小【解析】由Gm，得v，因?yàn)閞3r1，所以v3v1，A錯(cuò)誤；由Gmr2，得，因?yàn)閞3r1，所以31，B正確；衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度為地球引力產(chǎn)生的，在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故兩者大小應(yīng)相等，C錯(cuò)誤；同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度大小等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度大小，D正確【答案】BD衛(wèi)星變軌問題的分析技巧1根據(jù)引力與需要的向心