3.4.2 卫星变轨问题及对接问题(共16张ppt)

(共16张PPT)
考点突破：
卫星变轨问题
第三章 万有引力定律
合力与向心力的供需关系
F m
供
需
离心运动
F m
供
需
匀速圆周运动
F m
供
需
近心运动
合力与向心力的供需关系
供
需
离心运动
供
需
匀速圆周运动
供
需
近心运动
1．稳定运行
卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向心力，即
G ＝m．
2．变轨运行
当卫星由于某种原因，其速度v突然变化时，
F引和m不再相等，会脱离原轨道
2．变轨运行
当卫星由于某种原因，其速度v突然变化时，F引和m不再相等，会脱离原轨道
vⅡA＞vⅠA＞vⅢB＞vⅡB
TⅠ＜TⅡ＜TⅢ
aⅡA＝aⅠA＞aⅢB＝aⅡB
请分析轨道Ⅰ、Ⅱ的A点和轨道Ⅱ、Ⅲ的B点线速度、加速度大小，以及三个轨道周期大小关系
1. 判断卫星在圆轨道的运行速度大小时，可根据“高轨低速”的规律判断。
2. 判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时，可根据开普勒第二定律判断
3. 判断卫星为实现变轨在某点需要加速还是减速时，可根据离心运动或近心运动的条件进行分析。
4. 判断卫星的加速度大小时，可根据a==G判断。
判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路
【典例1】(多选)如图是我国发射“神舟十五号”载人飞船的入轨过程．飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行的
周期约为90分钟．下列判断正确的是(　　 )
A．飞船变轨前后的线速度相等
B．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态
C．飞船在此圆轨道上运动的角速度大于静止轨道卫星运动的角速度
D．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度
【典例2】(多选)(2023·湛江市高一期末)2023年5月30日16时29分，神舟十六号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮进入“天和核心舱”。对接过程的示意图如图所示，“天和核心舱”处于半径为r3的圆轨道 Ⅲ ；神舟十六号飞船处于半径为r1的圆轨道 Ⅰ ，运行周期为T1，通过变轨操作后，沿椭圆轨道 Ⅱ 运动到B处与天和核心舱对接。则神舟十六号飞船( )
A.由轨道 Ⅱ 进入轨道 Ⅲ 需在B点加速
B.沿轨道 Ⅱ 运行的周期为T2=T1
C.在轨道 Ⅰ 上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度
D.在轨道 Ⅲ 上B点的线速度大于在轨道Ⅱ上B点的线速度
[练习1] 如图所示，月球的半径为R，甲、乙两颗卫星分别绕月球做椭圆轨道和圆轨道运动，甲轨道的近月点距月球表面高度较低，可视为R，远月点与月面的距离为3R，乙轨道的半径为2R，图中A、B、C点为轨道上的三个点，当卫星经过这些点时受到的万有引力分别为FA、FB、FC，加速度分别为aA、aB、aC，速度为vA、vB、vC，则下列说法正确的是(　　)
A．FA＜FB＜FC
B．aA＜aB＜aC
C．vA＞vB＞vC
D．vB＞vA＞vC
[练习2] (多选)如图所示，发射静止轨道卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道(该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为静止圆轨道上的Q点)，到达远地点Q时再次变轨，进入静止轨道．设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步轨道上的速率为v4，三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3，则下列说法正确的是(　　 )
A．在P点变轨时需要加速，Q点变轨时要减速
B．在P点变轨时需要减速，Q点变轨时要加速
C．T1D．v2>v1>v4>v3
[练习3] 6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地预选着陆区。“嫦娥六号”
探测器的着陆过程可以简化如下：卫星由地面发射后，进入
地月转移轨道，经过P点时变轨进入圆形轨道1，在轨道1上
经过Q点时变轨进入椭圆轨道2，轨道2与月球表面相切于M点，
月球车将在M点着陆月球。下列说法正确的是（　　）
A．“嫦娥六号”在两次变轨时应点火减速
B．“嫦娥六号”在Q点的加速度大于M点的加速度
C．“嫦娥六号”在地月转移轨道上经过P点的速度比在轨道1上经过P点时大
D．“嫦娥六号”在轨道1上经过Q点的加速度大于在轨道2上经过Q点的加速度
考点突破：
航天器的对接问题
第三章 万有引力定律
思考：中国空间站已建成了天和核心舱。那么，宇航员乘坐神州十三号飞船是如何到达空间站的呢？这就涉及到宇宙飞船与空间站对接的问题。　
猜想：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？
论证:不行，因为飞船加速后做离心运动,会偏离原来的圆轨道而无法与空间站对接。
一、卫星变轨
对接问题
对接方法：
飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道。
通过控制轨道使飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，便可实现对接，如图所示。
空间站
飞船
一、卫星变轨
对接问题
【例题】宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动．若飞船想与前方的空间站对接，飞船为了追上空间站，可采取的方法是(　　)
A．飞船加速直到追上空间站，完成对接
B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接
C．飞船加速至一个较高轨道，再减速追上空间站，完成对接
D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
B