南澗縣民族中學(xué)/Z高一物理必修2學(xué)案新授學(xué)案024（1202）主編：吳正才物理組組長(zhǎng)審核：學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)審核:衛(wèi)星的發(fā)射和變軌小組:姓名:班級(jí)：學(xué)號(hào)：小組:姓名:?【學(xué)習(xí)目標(biāo)】在天體運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)軌道半徑發(fā)生變化，由萬有引力提供向心力分析各物理量的變化情況。?【預(yù)學(xué)及解答】一、 人造衛(wèi)星基本原理繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所需向心力由萬有引力提供。軌道半徑r確定后，與之對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星線速度V=」'但、周期T=2兀「二、向心加速度a=業(yè)也都是確定的。如果衛(wèi)星的質(zhì)量也確定，一旦衛(wèi)星發(fā)生變軌，弋r \GM r2即軌道半徑r發(fā)生變化，上述物理量都將隨之變化。同理，只要上述物理量之一發(fā)生變化，另外幾個(gè)也必將隨之變化。在高中物理中，會(huì)涉及到人造衛(wèi)星的兩種變軌問題。二、 漸變由于某個(gè)因素的影響使衛(wèi)星的軌道半徑發(fā)生緩慢的變化（逐漸增大或逐漸減?。?，由于半徑變化緩慢，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，首先要判斷這種變軌是離心還是向心，即軌道半徑是增大還是減小，然后再判斷衛(wèi)星的其他相關(guān)物理量如何變化。如：人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，無論軌道多高，都會(huì)受到稀薄大氣的阻力作用。如果不及時(shí)進(jìn)行軌道維持（即通過啟動(dòng)星上小型火箭，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，保持衛(wèi)星應(yīng)具有的速度），衛(wèi)星就會(huì)自動(dòng)變軌，偏離原來的圓周軌道，從而引起各個(gè)物理量的變化。處理思路及規(guī)律將人造衛(wèi)星視為繞地球（或其他天體）做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力等于地球（或其他天體）對(duì)衛(wèi)星的萬有引力，即：Mm v2G~^~=m~rMm v2G~^~=m~r=m32r=mr=man.越大，3越小，越大，v越小，r越大，T越大，a=GM，r越大，a越小?三、突變由于技術(shù)上的需要，有時(shí)要在適當(dāng)?shù)奈恢枚虝r(shí)間啟動(dòng)飛行器上的發(fā)動(dòng)機(jī)，使飛行器軌道發(fā)生突變，使其到達(dá)預(yù)定的目標(biāo)。如：發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，通常先將衛(wèi)星發(fā)送到近地軌道I，使其繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速率為V1，第一次在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，在短時(shí)間內(nèi)將速率由V］增加到V2,使衛(wèi)星進(jìn)入橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道II;衛(wèi)星運(yùn)行到遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率為V3,此時(shí)進(jìn)行第二次點(diǎn)火加速，在短時(shí)間內(nèi)將速率由v3增加到v4,使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道III，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。mv2 GMm第一次加速：衛(wèi)星需要的向心力 增大了，但萬有引力 沒變，因此衛(wèi)星r r2將開始做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道II。點(diǎn)火過程中衛(wèi)星的線速度增大。

在轉(zhuǎn)移軌道上，衛(wèi)星從近地點(diǎn)P向遠(yuǎn)地點(diǎn)Q運(yùn)動(dòng)過程，根據(jù)開普勒第二定律（在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等）知，速度減小。在遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)如果不進(jìn)行再次點(diǎn)火，衛(wèi)星將繼續(xù)沿橢圓軌道運(yùn)行，從遠(yuǎn)地點(diǎn)Q回到近地點(diǎn)P，不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入同步軌道。這種情況下衛(wèi)星在Q點(diǎn)受到的萬有引力大于以速率％沿同步軌道運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，因此衛(wèi)星做向心運(yùn)動(dòng)。為使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道，在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)必須再次啟動(dòng)衛(wèi)星上的小火箭，短時(shí)間內(nèi)使衛(wèi)星的速率由七增加到mv2v4,使它所需要的向心力一廣增大到和該位置的萬有引力相等，這樣就能使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道III而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。?【鞏固練習(xí)】向心加速度分別為Q］、a2、a3向心加速度分別為Q］、a2、a3，則3D.ai<a3<a2速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)3D.ai<a3<a2v<v<vC.a>a>a1 2 3 1 2 3（單選）我國(guó)成功實(shí)施了“神舟”七號(hào)載入航天飛行并實(shí)現(xiàn)了航天員首次出艙。飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠(yuǎn)地點(diǎn)343千米處點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變成高度為343千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運(yùn)行周期約為90分鐘。下列判斷正確的是飛船變軌前后的速度相等飛船在圓軌道上時(shí)航天員出艙前后都處于超重狀態(tài)飛船在此圓軌道上運(yùn)動(dòng)的角速度大于同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度飛船變軌前通過橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)的加速度大于變軌后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)的加速度（單選）我國(guó)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星發(fā)射后，先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行（即繞地球一圈需要24小時(shí)）；然后，經(jīng)過兩次變軌依次到達(dá)“48小時(shí)軌道”和“72小時(shí)軌道”；最后奔向月球。如果按圓形軌