宇宙航行2宇宙速度变轨

三、人造卫星能量
人造卫星在圆轨道上运行：高轨低速大周期，大机大势小动能
同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的动 能越_____(大、小)，重力势能越_____(大、小)，机械能 ______(大、小)，发射越______(困难、容易)
四、人造卫星的超重和失重
1. 卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体______(超重、完全失重、 失重)．
宇宙航行(二)
一、宇宙速度
二、变轨问题
一般规律、缓慢变轨、突然变轨、多次变轨
三、人造卫星能量 四、人造卫星的超重和失重
Байду номын сангаас
牛顿的设想
牛 顿 人 造 地 球 卫 星 的 设 想 图
v 增大
平抛 洲际导弹
人造地球卫 星的最小速 度有多大呢？
Main Idea 人造卫星
1、速度：如图所示，设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行 时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速 率分别为vA、vB。在A点加速，则vA>v1，在B点加速， 则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB. 2、加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用， 故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速 度都相同，同理，经过B点加速度也相同． 3、周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分 别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3 ，由开普勒第三定律可知T1<T2<T3. 4、机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守 恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2 、E3，则E1<E2<E3.
A.卫星在轨道Ⅲ上的速率大于在轨道Ⅰ上的速率 B.卫星在轨道Ⅰ上经过A点时的速度大于它在轨道 Ⅱ上的经过A点时的速度 C.卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的速度小于它在轨道 Ⅲ上经过B点时的速度 D.卫星在轨道Ⅱ上经过B点时的加速度等于它在轨 道Ⅲ上经过B点时的加速度 E.卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅲ的过程中卫星动能 变小，卫星的重力势能增加
二变轨问题：3多次变轨“四个”物理量的规律分析
例6：(多选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，然后经点火， 使其沿椭圆轨道Ⅱ运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道Ⅲ。轨道Ⅰ、Ⅱ 相切于A点，轨道Ⅱ、Ⅲ相切于B点，如下图所示。当卫星分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道 上正常运行时，以下说法正确的是CDE
二、变轨问题
在圆轨道上运动的卫星，减速________，加速_______
在圆轨道上，有 G Mm m v2 ，卫星既不向心也不离心， 沿圆轨道运动。
r2
r
在圆轨道上加速，有
G
Mm r2
<m
v2 r
，卫星做离心运动，远离中心天体。
在圆轨道上减速，有
G
Mm r2
>m
v2 r
，卫星做向心运动，靠近中心天体。
一、宇宙速度
例1：(多选)关于第一宇宙速度下面说法正确的是BC A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度 C．它是能使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度 D．他是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
一、宇宙速度
例2：下列说法正确的是C A．能发射一颗80min绕地球一周的卫星 B．月球卫星的发射速11.2km/s <v<16.7km/s C．火星卫星的发射速11.2km/s <v<16.7km/s D．由于第一宇宙速度v1=7.9km/s，是最小的发射速度， 所以卫星的运行速度都大于7.9 km/s。
2. 卫星进入轨道(圆、椭圆)后正常运行时，卫星上物体_______(超 重、完全失重、失重)．
3. 卫星回收时，进入大气层，向地球减速的过程_______(超重、完 全失重、失重)
三四、人造卫星能量、超失重
例9：(多选)2012年6曰18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞 行器在离地面343km的近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间 交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的土气，下面说 法正确的是BC A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和 第二宇宙速度之间 B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增 加 C．如不干涉，天宫一号的轨道高度将缓慢降低 D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引 力作用
宇宙航行(二)
宇宙速度、变轨问题
宇宙速度
第三宇宙速度
16.7km/s
第二宇宙速度
11.2km/s
11.2km/s>v>7.9km
/s
第一宇宙速度
7.9km/s
一、宇宙速度
第一宇宙速度：v1=_______km/s，又叫环绕速度，是 卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。 第二宇宙速度：v2=_______km/s，又叫脱离速度。 使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度。 第三宇宙速度：v3=______km/s，使卫星挣脱太阳引 力束缚的最小地面发射速度，又叫逃逸速度。
二变轨问题：3多次变轨“四个”物理量的规律分析
发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，然后经点火，使其 沿椭圆轨道Ⅱ运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道Ⅲ。轨道Ⅰ、 Ⅱ相切于A点，轨道Ⅱ、Ⅲ相切于B点，如下图所示。当卫星分别在Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ轨道上正常运行时
速度：
加速度： 周期：
机械能：
二变轨问题：3多次变轨“四个”物理量的规律分析
二变轨问题：1缓慢变轨
例4：某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕
地球运转的轨道会慢慢改变.每次测量中卫星的运动可近
似看作圆周运动，某次测量卫星的轨道半径为r１，后来
变为ｒ２，以EＫ１、EＫ２表示卫星在这两个轨道上的动能，
Ｔ１、Ｔ２表示卫星在这两个轨道上绕地运动的周期，则C
A．Ek２＜Ｅk１、T２＜T１
B．Ek２＜Ｅk１、T２＞T１
C．Ek２＞Ｅk１、T２＜T１
D．Ek２＞Ｅk１、T２＞T１
二变轨问题-2突然变轨
例5：如图所示，一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动。该 飞行器经过P点时，启动推进器短时间向前喷气可使其变轨，2、3 是与轨道1相切于P点的可能轨道，则飞行器D
A．变轨后将沿轨道2运动 B．相对于变轨前运行周期变长 C．变轨前、后在两轨道上经P点的速 度大小相等 D．变轨前、后在两轨道上经P点的加 速度大小相等
二变轨问题：3多次变轨“四个”物理量的规律分析
例8：(多选)如图所示是某卫星绕地飞行的三条轨道，轨道1是近 地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道。A点是2轨道的近地点， B点是2轨道的远地点，卫星在轨道1的运行速率为7.7km/s，则下 列说法中正确的是ACD A．卫星在2轨道经过A点时的速率一 定大于7.7km/s B．卫星在2轨道经过B点时的速率可 能大于7.7km/s C．卫星分别在1、2轨道经过A点时的 加速度相同 D．卫星在轨道3上的机械能最大
二、变轨问题
例3：关于航天飞机与空间站对接问题,下列说法正确的是A A.先让航天飞机进入较低的轨道,然后再对其进行加速,即 可实现对接 B.先让航天飞机进入较高的轨道,然后再对其进行加速，即 可实现对接 C.若要从空间站的后方对接,应先让航天飞机与空间站在同 一轨道上,然后让航天飞机加速,即可实现对接 D.若要从空间站的前方对接,应先让航天飞机与空间站在同 一轨道上,然后让航天飞机减速.即可实现对接
二变轨问题：3多次变轨“四个”物理量的规律分析
例7：(多选)2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任 务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图 所示。关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有BC
A.在轨道Ⅱ上经过A的速度大于经过B的速度 B.在轨道Ⅱ上经过B的速度大于在轨道Ⅰ上经 过A的速度 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动 的周期 D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上 经过A的加速度
说明 1、三个宇宙速度都是发射速度，是卫星进入地面附近轨道的速度。 2、0<v发射<7.9km/s________________
7.9km/s≤v发射<11.2km/s________________ 11.2km/s≤v发射<16.7km/s________________ 16.7km/s≤v发射________________ 3、第一宇宙速度是人造地球卫星的最____发射速度，最____运行速度。