資源簡介

學校 課型 新課
課時 1
題目 專題 宇宙航行的幾種典型問題 年級 高一
學習目標 變軌與對接問題。 赤道上的物體、近地衛星和同步衛星做圓周運動的異同點。 人造衛星的超重與失重。
基礎知識 一、衛星、飛船變軌與對接 1．衛星變軌問題的處理技巧 (1)當衛星繞天體做勻速圓周運動時，萬有引力提供向心力，即G＝m，若速度v減小，則F引＞m，衛星將做近心運動，軌跡為橢圓；若速度v增大，則F引＜m，衛星將做離心運動，軌跡為橢圓，此時可用開普勒三定律分析其運動。 (2)衛星到達橢圓軌道與圓軌道的切點時，在兩軌道上，衛星受到的萬有引力相同，所以加速度相同。 2．飛船的對接問題 兩飛船實現對接前應處于高低不同的兩軌道上，當目標船處于較高軌道時，在較低軌道上運動的對接船通過合理的加速，可以提升高度并追上目標船與其完成對接。 二、赤道上的物體、近地衛星和同步衛星做圓周運動的異同點 比較內容赤道上的物體近地衛星同步衛星向心力來源萬有引力的分力萬有引力向心力方向指向地心重力與萬有 引力的關系重力略小于 萬有引力重力等于萬有引力軌道半徑地球半徑R地球半徑R地球半徑R與衛星離地面高度h之和周期T1＝24 hT2＝85 minT3＝24 h角速度ω1＝ω自ω2＝ω3＝ω自＝ω自＝ω1＝ω3<ω2(ω自為地球自轉的角速度)線速度v1＝ω1Rv2＝v3＝ω3(R＋h)＝v1三、人造衛星的超重與失重 衛星的運動分為三個階段：利用火箭發射升空階段、進入轉移軌道階段和在預定軌道上繞地球運行階段。 1．人造衛星發射升空后在加速升空過程中，以及衛星返回再進入大氣層向下降落的減速過程中，都具有向上的加速度，因而都處于超重狀態。 2．人造衛星在沿圓軌道運行時，由于萬有引力提供向心力，所以衛星及衛星上的物體都處于完全失重狀態，在衛星中的物體都處于“漂浮”狀態。在這種情況下凡是與重力有關的力學現象都會停止發生，因此在衛星上，凡是制造原理與重力有關的儀器(如水銀氣壓計、天平等)均不能使用；凡是與重力有關的實驗
課堂拓展 考點一 衛星、飛船的變軌與對接 考向1　變軌問題 1.如圖所示，將衛星發射至近地圓軌道1，然后再次點火，最終將衛星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點，2、3相切于P點，M、N為橢圓軌道半短軸的端點。則當衛星分別在軌道1、2、3上正常運行時，以下說法正確的是( ) A．在三條軌道中周期從大到小的順序是軌道3、軌道1、軌道2 B．在三條軌道中速率最大的時刻為經過軌道2上的Q點時，速率最小的時刻為經過軌道2上的P點時 C．衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過Q點時的加速度 D．衛星在軌道2上經M→P→N運動所需的時間等于經N→Q→M的時間 2．(科技情境命題)發射地球同步衛星時，先將衛星發射到距地面高度為h1的近地圓形軌道上，在衛星經過A點時點火實施變軌進入橢圓軌道，最后在橢圓軌道的遠地點B點再次點火將衛星送入同步軌道，如圖所示。已知同步衛星的運動周期為T，地球的半徑為R，地球表面重力加速度為g，忽略地球自轉的影響，求： (1)衛星在橢圓軌道和同步軌道上運行時，哪種情況的周期大； (2)衛星在近地點A的加速度大小； (3)遠地點B距地面的高度。 考向2　對接問題 3.我國發射了“天宮二號”空間實驗室，之后發射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接，對接示意圖如圖所示。假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是( ) A．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現對接 B．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現對接 C．飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接 D．飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接 考點二 同步衛星、近地衛星、赤道上物體的比較 4．地球赤道上有一物體隨地球的自轉而做圓周運動，所受的向心力為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動的人造衛星(高度忽略)所受的向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為ω2；地球同步衛星所受的向心力為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，假設三者質量相等，則( ) A．F1＝F2＞F3 B．a1＝a2＝g＞a3 C．v1＝v2＝v＞v3 D．ω1＝ω3＜ω2 5．(科技情境命題)我國首顆量子科學實驗衛星于2016年8月16日1點40分成功發射，量子衛星成功運行后，我國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。假設量子衛星軌道在赤道平面，如圖所示。已知量子衛星的軌道半徑是地球半徑的m倍，同步衛星的軌道半徑是地球半徑的n倍，圖中P點是地球赤道上一點，由此可知( ) A．量子衛星的環繞速度大于7.9 km/s B．同步衛星與量子衛星的運行周期之比為 C．量子衛星與同步衛星的速率之比為 D．量子衛星與P點的速率之比為 考點三 人造衛星的超重與失重 6.在圓軌道上運行的國際空間站里，一宇航員A靜止(相對空間艙)“站”于艙內朝向地球一側的“地面”B上，如圖所示，下列說法中正確的是( ) A．宇航員A不受地球引力作用 B．宇航員A所受地球引力與他在地面上所受重力相等 C．宇航員A與“地面”B之間無彈力作用 D．若宇航員A將手中一小球無初速度(相對于空間艙)釋放，該小球將落到“地面”B上
隨堂檢測 1．同步衛星離地心距離為r，運行速率為v1，向心加速度為a1，軌道所在處的重力加速度為g1。地球的半徑為R，第一宇宙速度為v2，地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2，地球兩極的重力加速度為g。則下列關系式不正確的是( ) A．a1＝g1 B.＝ C.＝ D.＝ 2．2017年4月20日，“天舟一號”飛船成功發射，與“天宮二號”空間實驗室對接后在離地約393 km的圓軌道上為“天宮二號”補加推進劑，在完成各項試驗后，“天舟一號”受控離開圓軌道，最后進入大氣層燒毀，下列說法中正確的是( ) A．對接時，“天舟一號”的速度小于第一宇宙速度 B．補加推進劑后，“天宮二號”受到地球的引力減小 C．補加推進劑后，“天宮二號”運行的周期減小 D．“天舟一號”在加速下降過程中處于超重狀態
課堂小結

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