第七章萬有引力與宇宙航行第四節(jié)宇宙航行課堂引入從嫦娥奔月到萬戶飛天，從阿波羅11號(hào)登月到天問一號(hào)的火星之旅，人類一直在為“飛天”夢(mèng)想努力著。實(shí)際上，早在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓就設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。Av課堂引入一、宇宙速度思考：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，可近似認(rèn)為向心力是由重力提供的，有：一、宇宙速度一、宇宙速度發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。1.是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度2.是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度第一宇宙速度v1=7.9km/s一、宇宙速度理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把

11.2km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。第二宇宙速度v2=11.2km/s一、宇宙速度達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對(duì)它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于

16.7km/s，這個(gè)速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。第三宇宙速度v3=16.7km/s一、宇宙速度三個(gè)宇宙速度嫦娥5號(hào)天問一號(hào)二、人造衛(wèi)星1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”發(fā)射成功。二、人造衛(wèi)星1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功。

錢學(xué)森，世界著名科學(xué)家，空氣動(dòng)力學(xué)家，中國(guó)載人航天奠基人，“中國(guó)科制之父”和“火箭之王”，由于錢學(xué)森回國(guó)效力，中國(guó)導(dǎo)彈、原子彈的發(fā)射向前推進(jìn)了至少20年。曾任美國(guó)麻省理工學(xué)院和加州理工學(xué)院教授。1950年錢學(xué)森回國(guó)受阻，并受美國(guó)方面監(jiān)禁，1955年，在毛澤東主席和周恩來總理的爭(zhēng)取下回到中國(guó)。中國(guó)航天之父中國(guó)航天之父：錢學(xué)森（1911.12.11－2009.10.31）人造地球衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，其軌道可分為三類：1.赤道軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道共面，衛(wèi)星始終處于赤道正上方。3.任意軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面成某一角度。2.極地軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面垂直，衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空。人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行參量1、近地衛(wèi)星：指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。人造地球衛(wèi)星的分類2、同步衛(wèi)星：指相對(duì)于地面靜止的人造衛(wèi)星，它跟著地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期T=24h（1）所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一個(gè)確定軌道，即同步衛(wèi)星軌道平面與赤道平面重合。人造地球衛(wèi)星的分類（2）同步衛(wèi)星的“六個(gè)一定”①軌道平面一定：赤道平面②周期與角速度一定：T=24h⑤運(yùn)轉(zhuǎn)方向一定:自西向東③軌道半徑一定:r=6.6R④速度大小一定:v=3.08km/s人造地球衛(wèi)星的分類⑥向心加速度的大小一定:（3）同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。人造地球衛(wèi)星的分類h=3.6××107mr=4.2××107mv=3.08km/sT=24hh=3.8××108mr≈3.8××108mv=1km/sT=27.3天h≈0r=6.4××106mv=7.9km/sT=84分鐘月球人造衛(wèi)星與月球參數(shù)近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與赤道上物體的比較近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星與赤道上物體的比較1.發(fā)射和回收階段發(fā)射加速上升超重回收減速下降超重2.沿圓軌道正常運(yùn)行只受重力a=g完全失重與重力有關(guān)的現(xiàn)象全部消失天平彈簧秤測(cè)重力液體壓強(qiáng)計(jì)人造衛(wèi)星的超重和失重1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船?；鸺c(diǎn)火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108min，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類首次進(jìn)入太空的豐碑。載人航天與太空探索1969年7月16日9時(shí)32分，運(yùn)載阿波羅11號(hào)飛船的土星5號(hào)火箭在美國(guó)卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日下午10時(shí)56分，指揮長(zhǎng)阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出了那句載入史冊(cè)的名言：“對(duì)個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對(duì)人類而言，卻是巨大的飛躍?！陛d人航天與太空探索2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)神舟五號(hào)宇宙飛船把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標(biāo)志著中國(guó)成為世界上能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家。在載人航天方面，繼神舟五號(hào)之后，截至2017年底，我國(guó)已經(jīng)將11名(14人次)航天員送入太空，包括兩名女航天員。載人航天與太空探索宇宙航行宇宙速度第一宇宙速度（環(huán)繞速度）:第二宇宙速度（逃逸速度）:第三宇宙速度（脫離速度）:v2=11.2km/sv1=7.9km/sv3=16.7km/s同步衛(wèi)星第一宇宙速度最小發(fā)射速度最大運(yùn)行速度定義：相對(duì)于地面靜止的，跟地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星，同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。特點(diǎn)：六個(gè)一定載人航天與太空探索課堂小結(jié)【典例1】（多選）關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中正確的是()A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球勻速圓周運(yùn)行的最小速度B.它等于人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)動(dòng)速度C.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)至近地點(diǎn)的速度典例分析【正確答案】BC【典例2】（多選）如圖所示的四種虛線軌跡，可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是(

)典例分析【解析】人造地球衛(wèi)星靠地球的引力提供向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力方向指向地心，所以人造地球衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心是地心，否則不能做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)。A． B． C． D．【正確答案】ACD【典例3】我國(guó)中星11號(hào)商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆地球同步衛(wèi)星,它定點(diǎn)于東經(jīng)98.2度的赤道上空,關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的是(

)A.運(yùn)行速度大于7.9km/sB.離地面高度一定,相對(duì)地面靜止C.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等典例分析【正確答案】B【解析】中星11號(hào)是地球同步衛(wèi)星,距地面有一定的高度,運(yùn)行速度要小于7.9km/s,A錯(cuò)誤;其位置在赤道上空,高度一定,且相對(duì)地面靜止,B正確;其運(yùn)行周期約為24h,月球的繞行周期約為27天,由ω=知,其運(yùn)行角速度比月球大,C錯(cuò)誤;同步衛(wèi)星與靜止在赤道表面的物體具有相同的角速度,但半徑不同,由an=ω2r知,同步衛(wèi)星的向心加速度大,D錯(cuò)誤。典例分析【正確答案】B【典例4】如圖所示，圖中v1、v2和v3分別為第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度，三個(gè)飛行器a、b、c分別以第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度從地面上發(fā)射，三個(gè)飛行器中能夠克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球的是(

)A．只有a

B．只有bC．只有c D．b和c典例分析【正確答案】D【典例5】已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍，地球的半徑約為火星半徑的2倍，則火星的第一宇宙速度為 (

)A．3.5km/s

B．5.0km/sC．17.7km/s D．35.2km/s典例分析【正確答案】A【典例6】（多選）如圖所示,赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體A、赤道上空的近地衛(wèi)星B、地球同步衛(wèi)星C,它們的運(yùn)動(dòng)都可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),比較三個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況,以下判斷正確的是()A.三者的周期關(guān)系為TA<TB<TCB.三者向心加速度大小關(guān)系為aA>aB>aCC.三者角速度的大小關(guān)系為ωA=ωC<ωBD.三者線速度的大小關(guān)系為vA<vC<vB典例分析【正確答案】CD【解析】因?yàn)橥叫l(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,故TA=TC,故A錯(cuò)誤;因?yàn)橥叫l(wèi)星的周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同,故ωA=ωC,根據(jù)a=rω2知,A和C的向心加速度大小關(guān)系為aA<aC,故B錯(cuò)誤;因?yàn)锳、C的角速度相同,B、C由萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力有:=mrω2可得角速度ω=,所以C的半徑大,角速度小于B，即:ωA=ωC<ωB,C正確;B、C比較:得線速度v=知vC<vB,A、C間比較:v=rω,知C半徑大線速度大,故有vA<vC<vB,D正確?！菊_答案】CD典例分析【典例7】a、b、c、d是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的四顆人造衛(wèi)星。其中a、c的軌道相交于P,b、d在同一個(gè)圓軌道上,b、c軌道在同一平面上。某時(shí)刻四顆衛(wèi)星的運(yùn)行方向及位置如圖所示,下列說法正確的是(

)A.a、c的加速度大小相等,且大于b的加速度B.b、c的角速度大小相等,且小于a的角速度C.a、c的線速度大小相等,且小于d的線速度D.a、c存在P點(diǎn)相撞的危險(xiǎn)典例分析【正確答案】A【典例8】恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星的第一宇宙速度約為()A．7.9km/sB．16.7km/sC．2.9×104km/sD．5.8×104km/s典例分析【正確答案】D典例分析【正確答案】D第七章萬有引力與宇宙航行專題天體的追及與相遇

沖日，是由地球上觀察天體與太陽的位置相差180度，即天體與太陽各在地球的兩側(cè)的天文現(xiàn)象。所謂行星沖日，是指地外行星運(yùn)行到與太陽、地球形成一條直線的狀態(tài)。課堂引入2020年7月21日，土星、地球、太陽三者依次排成近似一條直線時(shí)，天文學(xué)上稱為"土星沖日"。沖日前后土星距離地球最近，也最明亮。根據(jù)計(jì)算，這種天文現(xiàn)象每隔378天便會(huì)出現(xiàn)一次。課堂引入土星下一次的沖日時(shí)間又是怎計(jì)算出來的呢？在天體運(yùn)動(dòng)的問題中，我們常遇到一些這樣的問題。比如，A、B兩天體都繞同一中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻A、B相距最近，問A、B下一次相距最近或最遠(yuǎn)需要多少時(shí)間，或“至少”需要多少時(shí)間等問題。天體的追及與相遇而對(duì)于此類問題的解決和我們?cè)谥本€運(yùn)動(dòng)中的追及相遇問題在思維有上一些相似的地方，故我們也常說成“天體的追及與相遇”。AB衛(wèi)星的追及問題意義：離太陽近的行星角速度快，如果某時(shí)刻太陽地球火星三者共線，到下一次共線，我們稱地球又追上了火星。分析：從這次共線到下次共線，跑的快的物體比慢的多跑了一周太陽火星地球火星地球如圖，兩天體的運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心連線半徑的同側(cè)，此時(shí)兩天體相距最近。求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間t二者會(huì)再次相距最近？情形一：相距最近設(shè)處于內(nèi)軌道的A天體周期為T1，處于外軌道的B天體周期為T2，當(dāng)t滿足下列式子時(shí)二者相距最近：或AB如圖，兩天體的運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心連線半徑的同側(cè)，此時(shí)兩天體相距最近。求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間t二者會(huì)再次相距最遠(yuǎn)？情形二：相距最遠(yuǎn)或設(shè)處于內(nèi)軌道的A天體周期為T1，處于外軌道的B天體周期為T2，當(dāng)t滿足下列式子時(shí)二者相距最近：AB總結(jié)與拓展3.軌道平面不重合時(shí)，兩天體只有在同一時(shí)刻位于中心天體同一側(cè)的同一直線上時(shí)發(fā)生相遇。典型1.a、b兩顆衛(wèi)星在同一平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩衛(wèi)星繞行方向相同，某時(shí)刻兩衛(wèi)星相距最近，如圖所示．已知軌道半徑Ra＝4Rb，衛(wèi)星b的周期為T，則兩衛(wèi)星再次相距最近所經(jīng)歷的最短時(shí)間為（）A.4T/7B.8T/7C.4T/3D.8T/3aboRaRbA.衛(wèi)星A、B運(yùn)行的加速度大小之比B.衛(wèi)星A、B運(yùn)行的周期之比C.衛(wèi)星A、B運(yùn)行的線速度之比D.衛(wèi)星A、B至少要經(jīng)過時(shí)間，兩者再次相距最近典例2.（多選）衛(wèi)星A、B的運(yùn)行方向相同，其中B為近地衛(wèi)星．某時(shí)刻，兩衛(wèi)星相距最近(O、B、A在同一直線上)．已知地球半徑為R，衛(wèi)星A離地心O的距離是衛(wèi)星B離地心O距離的4倍，地球表面的重力加速度為g，則()R4RgR4RgD.衛(wèi)星A、B至少要經(jīng)過時(shí)間，兩者再次相距最近()典例3．2019年7月10日出現(xiàn)的土星沖日天象，十分壯觀。土星沖日是指土星、地球、太陽三者依次排成一條直線，此時(shí)土星距離地球最近。土星距離太陽約14.3億千米，公轉(zhuǎn)周期為29.5年，則相鄰兩次土星沖日間隔的時(shí)間為（）A．189天 B．353天 C．378天 D．392天【典例1】（2021·全國(guó)高三專題練習(xí)）（多選）2015年2月7日，木星發(fā)生“沖日”現(xiàn)象?！澳拘菦_日”是指木星和太陽正好分處地球的兩側(cè)，三者成一條直線。木星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的方向相同，公轉(zhuǎn)軌跡都近似為圓。設(shè)木星公轉(zhuǎn)半徑為R1，周期為T1；地球公轉(zhuǎn)半徑為R2，周期為T2，下列說法正確的是（）A．B．C．“木星沖日”這一天象的發(fā)生周期為D．“木星沖日”這一天象的發(fā)生周期為典例分析【正確答案】BD典例分析【典例2】（2021·全國(guó)高三專題練習(xí)）如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星B的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，離地面高度為h。已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角速度為ω0，地球表面的重力加速度為g，O為地球中心。(1)某時(shí)刻A、B兩衛(wèi)星相距最近（O、B、A在同一直線上），則至少經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，它們?cè)僖淮蜗嗑嘧罱?(2)某時(shí)刻A、B兩衛(wèi)星相距最近，則經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，它們相距最遠(yuǎn)？典例分析典例分析典例分析典例分析【典例3】2020年7月23日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，應(yīng)用長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭送入地火轉(zhuǎn)移軌道?；鹦蔷嚯x地球最遠(yuǎn)時(shí)有4億公里，最近時(shí)大約0.55億公里。由于距離遙遠(yuǎn)，地球與火星之間的信號(hào)傳輸會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)延。當(dāng)火星離我們最遠(yuǎn)時(shí)，從地球發(fā)出一個(gè)指令，約22分鐘才能到達(dá)火星。為了節(jié)省燃料，我們要等火星與地球之間相對(duì)位置合適的時(shí)候發(fā)射探測(cè)器。受天體運(yùn)行規(guī)律的影響，這樣的發(fā)射機(jī)會(huì)很少。為簡(jiǎn)化計(jì)算，已知火星的公轉(zhuǎn)周期約是地球公轉(zhuǎn)周期的1.9倍，認(rèn)為地球和火星在同一平面上、沿同一方向繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示。根據(jù)上述材料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，判斷下列說法正確的是（）典例分析A．地球的公轉(zhuǎn)向心加速度小于火星的公轉(zhuǎn)向心加速度B．當(dāng)火星離地球最近時(shí)，地球上發(fā)出的指令需要約3分鐘到達(dá)火星C．如果火星運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，地球恰好在A點(diǎn)時(shí)發(fā)射探測(cè)器，那么探測(cè)器將沿軌跡AC運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，恰好與火星相遇D．下一個(gè)發(fā)射時(shí)機(jī)需要再等約2.1年【正確答案】BD典例分析典例分析【典例4】（2021·山東高三專題練習(xí)）2019年9月12日，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心又一次“一箭三星”發(fā)射成功?，F(xiàn)假設(shè)三顆星a、b、c均在赤道平面上空繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中a、b轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，c轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，a、b、c三顆星的周期分別為Ta=6h、Tb=24h、Tc=12h，某一時(shí)刻三個(gè)衛(wèi)星位置如圖所示，從該時(shí)刻起，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、b每經(jīng)過4h相距最近一次B．a(chǎn)、b經(jīng)過8h第一次相距最遠(yuǎn)C．b、c經(jīng)過4h第一次相距最遠(yuǎn)D．b、c每經(jīng)過8h相距最近一次【正確答案】CD典例分析【典例5】已知某衛(wèi)星在赤道上空的圓形軌道運(yùn)行，軌道半徑為r1，運(yùn)行周期為T，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，不計(jì)空氣阻力，萬有引力常量為G。求：（1）地球質(zhì)量M的大小；（2）如圖所示，假設(shè)某時(shí)刻，該衛(wèi)星在A點(diǎn)變軌進(jìn)入橢圓軌道，近地點(diǎn)B到地心距離為r2，求衛(wèi)星在橢圓軌道上的周期T1；（3）衛(wèi)星在赤道上空軌道半徑為r1的圓形軌道上運(yùn)行，小明住在赤道上某城市，某時(shí)刻，該衛(wèi)星正處于小明的正上方，在后面的一段時(shí)間里，小明觀察到每?jī)商烨『萌慰吹叫l(wèi)星掠過其正上方，求地球自轉(zhuǎn)周期T0。典例分析典例分析第七章萬有引力與宇宙航行專題衛(wèi)星的變軌問題

嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功著陸月球背面課堂引入課堂引入衛(wèi)星能不能像第一幅圖那樣從地球直奔月球呢？需物體維持圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力mv2/r勻速圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)近心運(yùn)動(dòng)合力提供的向心力F近心離心供（1）當(dāng)V增大，衛(wèi)星離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入高軌（2）當(dāng)V減小，衛(wèi)星近心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入低軌衛(wèi)星變軌問題同步衛(wèi)星發(fā)射過程平面示意圖地球停泊軌道點(diǎn)火變軌轉(zhuǎn)移軌道點(diǎn)火變軌同步軌道同步衛(wèi)星發(fā)射各軌道上的速度關(guān)系地球點(diǎn)火變軌點(diǎn)火變軌同步軌道第一次變軌：點(diǎn)火加速:在橢圓軌道上：第二次變軌：點(diǎn)火加速:兩圓軌道比較：綜上：V1------近地軌道速度V2-----橢圓軌道近地點(diǎn)速度V3------橢圓軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)速度V4-----同步軌道速度同步衛(wèi)星發(fā)射各軌道上的加速度關(guān)系地球點(diǎn)火變軌點(diǎn)火變軌同步軌道ⅠⅡⅢ軌道Ⅰ上軌道Ⅲ上同步衛(wèi)星發(fā)射各軌道上的加速度關(guān)系地球點(diǎn)火變軌ⅠⅡⅢ軌道Ⅰ上軌道Ⅲ上本節(jié)要點(diǎn)1.為何變軌2.如何變軌3.變軌類型4.變軌實(shí)質(zhì)要點(diǎn)概述原因一：節(jié)能要點(diǎn)一：為何變軌原因一：節(jié)能要點(diǎn)一：為何變軌直接飛到月球可能是最快的方式，但目前的科技很難做到。目前的方案是首先進(jìn)入地球軌道，加速至第二宇宙速度，然后點(diǎn)燃三級(jí)火箭將飛船推入地月轉(zhuǎn)移軌道，飛船與三級(jí)火箭脫離，依靠月球的引力飛向月球。這樣利用地球、月球引力不斷加速變軌的措施，可以使飛船節(jié)省大量燃料，也更利于登月艙著陸。原因二：發(fā)動(dòng)機(jī)正如汽車爬山一樣，為了克服阻力需要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)大功率輸出。持續(xù)高功率輸出會(huì)加重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)甚至損毀。所以人們用盤山公路來解決汽車爬坡問題。要點(diǎn)一：為何變軌原因二：發(fā)動(dòng)機(jī)火箭也是一樣，不過它不僅考慮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的問題，還要考慮燃料分配等很多問題。要點(diǎn)一：為何變軌原因三：測(cè)控要求發(fā)射火箭不僅要有足夠的燃料，還要能對(duì)火箭的飛行過程進(jìn)行有效的測(cè)量和控制。有效測(cè)控點(diǎn)越多，測(cè)控精度就越高，發(fā)射過程也就越可控。比如前期的入軌精度，真可謂差之毫厘謬之千里。要點(diǎn)一：為何變軌原因三：測(cè)控要求如果直飛月球，測(cè)控點(diǎn)會(huì)減少很多，測(cè)控精度必然下降，地面控制中心很難控制飛船轉(zhuǎn)軌和變軌精度。正是由于測(cè)控技術(shù)的限制，飛船在環(huán)月軌道停留的時(shí)間要比環(huán)地軌道停留的時(shí)間大很多。要點(diǎn)一：為何變軌

發(fā)射窗口（Launchwindow）是指比較合適運(yùn)載火箭發(fā)射的一個(gè)時(shí)間范圍（即允許運(yùn)載火箭發(fā)射的時(shí)間范圍）。

這個(gè)范圍的大小也叫發(fā)射窗口的寬度。窗口寬度有寬有窄，寬的以小時(shí)計(jì)，甚至以天計(jì)算，窄的只有幾十秒鐘，甚至為零。原因四：發(fā)射窗口要點(diǎn)一：為何變軌要點(diǎn)二：如何變軌衛(wèi)星變軌與我們的物理學(xué)習(xí)又是如何聯(lián)系起來的呢？接下來我們從四個(gè)不同的情景入手，帶同學(xué)們一起學(xué)習(xí)衛(wèi)星變軌問題?！镜淅?】很多國(guó)家發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí),先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓形軌道1運(yùn)行,然后在Q點(diǎn)點(diǎn)火,使其沿橢圓軌道2運(yùn)行,最后在P點(diǎn)再次點(diǎn)火,將衛(wèi)星送入同步圓形軌道3運(yùn)行.已知軌道1、2相切于點(diǎn)Q,軌道2、3相切于點(diǎn)P.若只考慮地球?qū)πl(wèi)星的引力作用,則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí),下列說法正確的是()A.若衛(wèi)星在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)的周期分別為T1、T2、T3,則有T1>T2>T3B.根據(jù)公式可知,衛(wèi)星在軌道3上的運(yùn)行速度大于在軌道1上的運(yùn)行速度C.根據(jù)可知,衛(wèi)星在軌道2上任意位置的角速度都小于在軌道1上運(yùn)行的角速度D.衛(wèi)星沿軌道2由點(diǎn)Q運(yùn)行到點(diǎn)P的過程中,衛(wèi)星的速率越來越小【答案】D情景一：發(fā)射變軌要點(diǎn)二：如何變軌【變式】很多國(guó)家發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí),先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓形軌道1運(yùn)行,然后在Q點(diǎn)點(diǎn)火,使其沿橢圓軌道2運(yùn)行,最后在P點(diǎn)再次點(diǎn)火,將衛(wèi)星送入同步圓形軌道3運(yùn)行.已知軌道1、2相切于點(diǎn)Q,軌道2、3相切于點(diǎn)P.若只考慮地球?qū)πl(wèi)星的引力作用,則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí),下列說法正確的是()A.衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行經(jīng)過Q點(diǎn)的速度大于在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)的速度B.衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)的速度大于在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)的速度C.衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行經(jīng)過Q點(diǎn)的加速度大于在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)的加速度D.衛(wèi)星在軌道3上運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)的加速度等于在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)的加速度【答案】D情景一：發(fā)射變軌要點(diǎn)二：如何變軌【例題2】嫦娥三號(hào)的飛行軌道示意圖如圖所示。假設(shè)嫦娥三號(hào)在環(huán)月段圓軌道和橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到月球的萬有引力，則()A．若已知嫦娥三號(hào)環(huán)月段圓軌道的半徑、運(yùn)動(dòng)周期