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《拓展課 突破衛(wèi)星運(yùn)行問題中的“三個(gè)難點(diǎn)”》萬有引力與宇宙航行PPT優(yōu)質(zhì)課件

《拓展課 突破衛(wèi)星運(yùn)行問題中的“三個(gè)難點(diǎn)”》萬有引力與宇宙航行PPT優(yōu)質(zhì)課件 詳細(xì)介紹:

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知識(shí)拓展

拓展點(diǎn)一 衛(wèi)星的變軌問題

1.衛(wèi)星變軌問題的處理

衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中的“變軌”有兩種情況:離心運(yùn)動(dòng)和近心運(yùn)動(dòng)。當(dāng)萬有引力恰好提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,即GMmr2=mv2r時(shí),衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)某時(shí)刻速度發(fā)生突變,所需的向心力也會(huì)發(fā)生突變,而突變瞬間萬有引力不變。

(1)制動(dòng)變軌:衛(wèi)星的速率變小時(shí),使得萬有引力大于所需向心力,即GMmr2>mv2r,衛(wèi)星做近心運(yùn)動(dòng),軌道半徑將變小。

(2)加速變軌:衛(wèi)星的速率變大時(shí),使得萬有引力小于所需向心力,即GMmr2<mv2r,衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng),軌道半徑將變大。

2.變軌過程

(1)為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上,如圖所示。

(2)在A點(diǎn)(近地點(diǎn))點(diǎn)火加速,由于速度變大,萬有引力不足以提供在軌道Ⅰ上做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ。

(3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓軌道Ⅲ。

3.變軌過程各物理量分析

(1)兩個(gè)不同軌道的“切點(diǎn)”處線速度v不相等,圖中vⅢ>vⅡB,vⅡA>vⅠ。

(2)同一個(gè)橢圓軌道上近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)線速度大小不相等,從遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)線速度逐漸增大。

(3)兩個(gè)不同圓軌道上的線速度v不相等,軌道半徑越大,v越小,圖中vⅠ>vⅢ。

[試題案例]

[例1] (多選)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(  )

A.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)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度

D.衛(wèi)星在軌道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P點(diǎn)時(shí)的加速度

[針對(duì)訓(xùn)練1] (多選)如圖所示,在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中,衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ,然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度,讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道Ⅱ,則(  )

A.該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.2 km/s

B.衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運(yùn)行速度大于7.9 km/s

C.在橢圓軌道上,衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度

D.衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道Ⅱ

拓展點(diǎn)二 同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體物理量的比較

1.相同點(diǎn)

(1)都以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

(2)同步衛(wèi)星與赤道上的物體具有相同的角速度。

2.不同點(diǎn)

(1)向心力的不同

同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星均由萬有引力提供向心力,GMmr2=mv2r;而赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力(很小)是萬有引力的一個(gè)分力,GMmr2≠mv2r。

(2)向心加速度的不同

[針對(duì)訓(xùn)練2] 地球赤道上有一物體隨地球的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動(dòng),向心力為F1,向心加速度為a1,線速度為v1,角速度為ω1;繞地球表面附近做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星(高度忽略)的向心力為F2,向心加速度為a2,線速度為v2,角速度為ω2;地球同步衛(wèi)星的向心力為F3,向心加速度為a3,線速度為v3,角速度為ω3。地球表面重力加速度為g,第一宇宙速度為v,假設(shè)三者質(zhì)量相等,則(  )

A.F1=F2>F3 B.a1=a2=g>a3

C.v1=v2=v>v3 D.ω1=ω3<ω2

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