高中物理人造衛(wèi)星變軌問題專題

人造衛(wèi)星變軌問題題一人衛(wèi)星基本原理繞地球做勻速圓運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所需向心力由有引力提供。軌道半徑r確定后，與之對(duì)應(yīng)的星線速度

r

rGM、周期GM、向心加速度r2也都是唯一確定的果衛(wèi)星的質(zhì)量是定的么與軌道半r對(duì)的衛(wèi)星的動(dòng)能E、重力勢(shì)能和總機(jī)械能E也唯一確定的一旦星發(fā)生了變軌軌半徑發(fā)p變化述所有物理量都將隨之變E由線速度變決定由星高度變化決定、p不守，其增減由該過程的能量轉(zhuǎn)換情況決定理，要上述七個(gè)物理量之發(fā)生變化，另外個(gè)也必將隨之變化。二常及的人造衛(wèi)星的兩種變軌問題1.漸由于某個(gè)因素的響使原來做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)的軌道半徑發(fā)生緩慢的變化（逐漸增大或逐減小半徑變化緩慢衛(wèi)星每一周的運(yùn)動(dòng)仍可以看做是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。解決此類問題，先要判斷這種變軌是離心還是心，即軌道半徑是大還是減小，然后再判衛(wèi)星的其他相關(guān)物理量如何變。1)

人造衛(wèi)星繞地球勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道多高會(huì)到稀薄大氣的阻力作用。如果不及時(shí)進(jìn)行道維即通過啟星上小型發(fā)動(dòng)機(jī)學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，保持衛(wèi)星應(yīng)具有狀態(tài)星會(huì)自動(dòng)變軌，偏離原來的圓周道，從而引起各個(gè)物理量的變化種變軌的起因是阻力對(duì)衛(wèi)星做負(fù)功衛(wèi)星速度減小，2

衛(wèi)星所需要的向力

r

減小了萬有引力

r

2

的大小沒有變此衛(wèi)星將做向心運(yùn)動(dòng)，即道半徑r將減。由基本原理中的論可知：衛(wèi)星線速度將大，周T將減小，向心加速度a將增大，動(dòng)能E將大，勢(shì)能E將減小有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（摩生p熱星械能將減小。為什么衛(wèi)星克服力做功能反而增加了呢？這是因?yàn)橐坏┸壍腊霃綔p小，

機(jī)k機(jī)k2)

在衛(wèi)星克服阻力功的同時(shí)，萬有引力（即重力將對(duì)衛(wèi)星做正功。而且萬有引力做的正功遠(yuǎn)大克服空氣阻力做的功，外力對(duì)星做的總功是正的，因此衛(wèi)星動(dòng)能增加。根據(jù)E=E，該過重力勢(shì)能的減少總是大于動(dòng)能的增加。有一種宇宙學(xué)的論認(rèn)為在漫長(zhǎng)的宇宙演化過程，引力常量G是漸減小的。如果這個(gè)結(jié)論正，那么環(huán)繞星球?qū)l(fā)生離心現(xiàn)，即環(huán)繞星球到中心星球間的距離將漸增大，環(huán)繞星球的線度v將小，周期T將大，向心加速度a將減小，動(dòng)能E將小，勢(shì)能E將增大。p2.突由于技術(shù)上的需，有時(shí)要在適當(dāng)?shù)奈恢枚虝r(shí)間動(dòng)飛行器上的發(fā)動(dòng)機(jī)行器軌道發(fā)生突變進(jìn)入預(yù)定的軌道。1)發(fā)同步衛(wèi)星時(shí)，可以先將衛(wèi)星發(fā)送近地軌道Ⅰ，使其

v4

Ⅲ

v3Qv1Ⅰ

Ⅱ繞地球做勻速圓運(yùn)動(dòng)，速率為；變軌時(shí)在P點(diǎn)點(diǎn)加1速，短時(shí)間內(nèi)將率由增到，使衛(wèi)星進(jìn)入橢圓形的12轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ；衛(wèi)運(yùn)行到遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率v；此時(shí)3行第二次點(diǎn)火加，在短時(shí)間內(nèi)將速率由增加到v，使34衛(wèi)星進(jìn)入同步軌Ⅲ，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

Pv2例1.某造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道可近似看作是地心為中心的圓．由于阻力用，人造衛(wèi)星到地心的距離r慢慢變到rE分別表示衛(wèi)在這兩個(gè)軌道上的動(dòng)能，12Kl則A.r<r，<EB.r>r，<EC.r<r，E>E>r，>E12K112K212K1122.（）船在橢圓軌道１上行Q為近地點(diǎn)，為遠(yuǎn)點(diǎn)，當(dāng)飛船運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)點(diǎn)火，使飛船沿軌道２運(yùn)行，以下說法正確的()A．飛船在Q點(diǎn)的萬有引力大于點(diǎn)所需的向心力B．飛船在P點(diǎn)的萬有引力大于點(diǎn)所需的向心力C．飛船在軌道1上P的速小在軌道2上P的度D．飛船在軌道1上P的加度于在軌道2上P的加速度

軌道2軌道1QP地球（假設(shè)由于飛船的特殊需要美的一艘原來圓軌道運(yùn)行的飛船前往與之接，則飛船一定．從較低軌道上速C．同一軌道上加速

．從較高軌道上加速D．任意軌道上加速

3.

航天飛機(jī)在完成哈勃太間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后在點(diǎn)短時(shí)間開小型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變軌，從圓軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓道Ⅱ，為道Ⅱ上的一點(diǎn)，如圖所示下列說法中正確的有．在軌道Ⅱ上經(jīng)的機(jī)械能大經(jīng)過B的機(jī)械能軌道ⅠB．A點(diǎn)短時(shí)間開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后航天飛機(jī)動(dòng)能增大了C．軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D．軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于在道Ⅰ上經(jīng)過的速度

軌道Ⅱ

4.我成功實(shí)施了“神舟”七號(hào)的載入天飛行，并實(shí)現(xiàn)了航天員首出艙。飛船先沿橢圓軌道飛，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)千米點(diǎn)火加速，把飛運(yùn)行軌道由橢圓軌道變成離地面高為343千米的圓道圓道上飛船運(yùn)行周期約為90分。下列正確的(．飛船變軌前后機(jī)械能相等B．