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1、7.4宇宙航行方法一、方法一、假设在天体表面有一个质量为假设在天体表面有一个质量为m m的物体，忽略天体自转的物体，忽略天体自转的影响，该物体所受重力的大小就等于天体对它的万有的影响，该物体所受重力的大小就等于天体对它的万有引力的大小。引力的大小。方法二、环绕法方法二、环绕法找一个星球围绕着天体做匀速圆周运动，根据万有引力找一个星球围绕着天体做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力列方程。提供向心力列方程。复习回顾：复习回顾：计算计算天体质量的两种方法天体质量的两种方法嫦娥奔月 敦敦煌煌飞飞天天的的壁壁画画探究宇宙的奥秘，奔向遥远的太空。自古以来就是人类的梦想，怎样才能实现这一梦想呢？卫星的变轨
2、问题卫星的变轨问题123Q在在1 1号号轨道上经过轨道上经过Q Q点点时时：要想要想在在Q Q点点进入进入2 2号号轨道轨道：离心运动离心运动P在在2 2号号轨道上经过轨道上经过P P点点时时：要想要想在在P P点点进入进入3 3号号轨道轨道：=减速减速卫星的卫星的发射发射过程：过程：卫星的卫星的回收回收过程：过程：同步卫星同步卫星周期周期一定：一定：24h24h角速度角速度一定：等于地球自转的角速度一定：等于地球自转的角速度线速度线速度一定：一定：3.1103 m/s离地高度离地高度一定：一定：3.6104 km向心加速度向心加速度一定：一定：0.230.23 m/s2双星系统双星系统1 1
3、、定义：、定义：宇宙中两颗相距较近的天体称为宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星双星”，它们，它们在彼此之间的万有引力的作用下以二者连线上的某一点为在彼此之间的万有引力的作用下以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。圆心做匀速圆周运动。2 2、特点：、特点：两星球的轨道半径之和等于它们之间的距离两星球的轨道半径之和等于它们之间的距离向心力大小相等向心力大小相等周期、角速度相同周期、角速度相同例6、经测量，双星运动的周期为T，双星之间的距离为L，G已知，求双星的总质量？对对1 1分析：分析：对对2 2分析：分析：=牛顿的设想 牛顿曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点
4、一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星，简称人造卫星 由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的引力提供向心力。探究问题一：思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？根据：卫星做圆周运动的向心力必须指向地心。想一想：速度为多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的人造卫星呢？卫星运动轨道特点：万有引力提供向心力，所以轨道平面一定经过地球中心，卫星围绕地球的中心做匀速圆周运动。第二宇宙速度 大小：v=11.2km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地
5、球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。第三宇宙速度 大小：v=16.7km/s意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外。发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。思考与讨论：人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小是多少？=84.6min或：思考：人造卫星的周期能否为24小时？同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地心静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T24h所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个
6、确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。对同步卫星：其r、v、T、均为定值计算同步卫星高度由万有引力提供向心力同步通讯卫星轨道半径：星球的第一宇宙速度为星球的第一宇宙速度为9km/s9km/s，已知，已知B B星球的质量是星球的质量是A A星球星球质量的质量的1/811/81，A A星球半径是星球半径是B B星球半径的星球半径的4 4倍，则在倍，则在B B星球星球上发射卫星的最小发射速度约为多少？上发射卫星的最小发射速度约为多少？如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为星发射至距地面高度为h
7、 h1 1的的近地轨道近地轨道上在卫星经上在卫星经过过A A点时点火实施变轨，进入远地点为点时点火实施变轨，进入远地点为B B的的椭圆轨道椭圆轨道上，最后在上，最后在B B点再次点火，将卫星送入点再次点火，将卫星送入同步轨道同步轨道.已已知地球表面重力加速度为知地球表面重力加速度为g g，地球自转周期为，地球自转周期为T T，地球，地球的半径为的半径为R R求：求：（1 1）近地轨道）近地轨道上的速度大小；上的速度大小；（2 2）远地点）远地点B B距地面的高度。距地面的高度。2007 2007年年1010月月2424日日“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕卫星星箭分离，卫星进入绕地轨
8、道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示（，如图所示（）A.“A.“嫦娥一号嫦娥一号”由由到到需加速、由需加速、由到到需减速需减速 B.B
9、.发射发射“嫦娥一号嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度的速度必须达到第三宇宙速度 C.C.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关卫星周期与卫星质量有关 D.D.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比 E.E.在绕月圆轨道上在绕月圆轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力卫星受地球的引力大于受月球的引力近近地地变轨轨道修正道修正转移移轨道道发射射D 2007 2007年年1010月月2424日，日，“嫦娥一号嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕卫星星箭分离，卫星进入绕地轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：地轨道。在绕地运行时
10、，要经过三次近地变轨：1212小时椭圆轨小时椭圆轨道道2424小时椭圆轨道小时椭圆轨道4848小时椭圆轨道小时椭圆轨道修正轨道修正轨道地月转移轨道地月转移轨道。1111月月5 5日日1111时，当卫星经过距月球表面高度时，当卫星经过距月球表面高度为为h h的的A A点时，再经三次变轨：点时，再经三次变轨：1212小时椭圆轨道小时椭圆轨道3.53.5小时椭圆小时椭圆轨道轨道最后进入周期为最后进入周期为T T的极月圆轨道的极月圆轨道 ，如图所示。，如图所示。若月球半径为若月球半径为R R，试写出月球表面重力加速度的表达式。试写出月球表面重力加速度的表达式。近近地地变轨轨道修正道修正转移移轨道道发射
11、射在太空中有两飞行器在太空中有两飞行器a a、b b，它们在绕地球的，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行，同一圆形轨道上同向运行，a a在前在前b b在后，它都在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想现要想b b 尽快追上尽快追上a a 并完成对接，并完成对接，b b应采取的应采取的措施是（措施是（）A A、沿运动方向喷气、沿运动方向喷气 B B、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气、先沿运动方向喷气，后沿运动反方向喷气C C、沿运动反方向喷气、沿运动反方向喷气 D D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气B