人教版物理必修二　6．5宇宙航行 （共107张PPT）

(共107张PPT)
§6.5 宇宙航行
知道了行星的运动规律，学习了万有引力定律
为什么宇宙飞船能登上月球？
我们将要讨论的问题：
了解了万有引力定律
在天文学上的作用
卫星如何上天？如何到达指定的高度或位置？上去后会掉下来吗……
为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？
飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？
*
探究：地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？
一、人造卫星的发射原理
*
思考：
1、平抛物体速度增大，物体落地点如何变化？
2、速度达到一定值时，物体能否落到地面？
3、若不能，此速度满足什么条件？
4、若此速度增大，又会出现什么情况？
一、人造卫星的发射原理
一）、牛顿的设想
牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了。
1、牛顿对人造卫星原理的描绘:
一、人造卫星的发射原理
*
一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面
2、人造卫星绕地球运行的动力学原因。
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
3、人造卫星的运行速度。
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则
一、人造卫星的发射原理
可见：对正常运行的卫星而言，其轨道半径r越大，运行速度v越小
*
设地球质量为M，半径为R。那么，刚好可以离开地球，绕着地球表面做匀速圆周运动的物体的速度v为多大？
人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物体成为地球的卫星。
卫星轨道: 可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道。
一、人造卫星的发射原理
已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km，这个速度多大呢？
若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2 ，地球半径R=6400km,能否计算物体恰好绕地球做匀速圆周运动的速度呢？请探索试探
重力提供物体作圆周运动的向心力
可得
探究结论：卫星发射成功的最小速度为
一、人造卫星的发射原理
高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。
讨论
线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？
一、人造卫星的发射原理
*
探究：
1、什么是第一宇宙速度，第二宇宙速度、第三宇宙速度？
2、第一宇宙速度如何推导？
3、将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
4、发射速度与卫星绕地球旋转的速度是不是同一速度?发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么?
二、宇宙速度
讨论
高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？
这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。
分析
当在地面附近绕地球运行，轨道半径r即为地球半径R
二、宇宙速度

——虽然“R大，V小”，但向高
轨道发射卫星比向低轨道发射
卫星难。
——因为向高轨道发射卫星，
火箭要克服地球引力对它的引
力做的功多。
低轨道
高轨道
*
概念辨析　发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道。
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。
r↗ v↘
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度
1、第一宇宙速度
地球半径R=6400km，地球质量M=5.98×1024kg
卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度——第一宇宙速度 。
最小的发射速度 ，最大的环绕速度。（半径最小）
要发射一颗轨道半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s 。但所有卫星的环绕速度（在轨道上的速度）都必须小于7.9Km/s。所以第一宇宙速度是：
计算
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度
计算
人造卫星在地球表面做圆周运动的周期T.
=84.6min
最小周期
问题：能否发射一颗周期为８０分钟的人造卫星？
二、宇宙速度
*

　　它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．
如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；
等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；
如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s．
二、宇宙速度
2、第二宇宙速度
大小：v=11.2km/s
意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
二、宇宙速度
*
２、第二宇宙速度（脱离速度）　
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．
如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．
v2=11.2 km/s
二、宇宙速度
3、第三宇宙速度
大小：v=16.7km/s
意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
二、宇宙速度
*
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了．
v3=16.7 km/s
二、宇宙速度
*
二、宇宙速度
V1=7.9km/s
地球
7.9km/sV2=11.2km/s
V3=16.7km/s
注意：1.三个宇宙速度是对应于其发射速度而言，
不是对应运行速度
2.三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的
最小发射速度．不同星球的第一宇宙速度不同．
练 习
1.美国发射的“勇气号”火星探测卫星，其发射速度应为多少？银河探测器呢？

2.一颗人造地球卫星以初速度v发射后，恰能绕地球表面做匀速圆周运动，若使发射速度为2v,则该卫星可能:( )
A.绕地球做匀速圆周运动，周期变大
B.绕地球运动的轨道变为椭圆
C.不绕地球运动，成为太阳系的人造行星
D.挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙
*
应脱离地球 ∴为11.2km/s ＜ v ＜ 16.7km/s
V ＞ 16.7km/s
C
练 习
3.某人在某星球上以v0的初速度竖直上抛一物体，经ts落回原处，若星球半径为R,则在该星球上发射卫星的“第一宇宙速度”是多少？
*
分析：星球表面的重力加速度一方面与星球有关（g=GM/R2
=4π GRρ/3);另一方面又可从它与运动的关系（自由落体、
竖直上抛运动、平抛运动等）求出。故重力加速度g是运动学和
万有引力、天体运动联系的桥梁（GM=gR2)
解：设该星球表面处的重力加速度为g，则由竖直上抛运动得：-v0=v0-gt g=2v0/t
人造卫星的向心力由万有引力（重力）提供：mg=mv12/R
∴最低卫星环绕速度
发射卫星不能小于这个速度，即“第一宇宙速度”为
1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？
解:由万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力得

设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2

它的轨道速度是第一宇宙速度的0.5倍
【对点训练】
2.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为多少？
解:由

由 得
【对点训练】
*
二、宇宙速度
V1=7.9km/s
地球
7.9km/sV2=11.2km/s
V3=16.7km/s
注意：1.三个宇宙速度是对应于其发射速度而言，
不是对应运行速度
2.三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的
最小发射速度．不同星球的第一宇宙速度不同．
B
答案　B


【跟踪】 金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍．那么(g取10 m/s2)：
(1)金星表面的自由落体加速度是多大？
(2)金星的第一宇宙速度是多大？
答案　(1)9.09 m/s2　(2)7.34 km/s
1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星——“旅行者1号”
卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈
请同学们根据所学知识计算这颗卫星的轨道半径是多少？卫星距地面的高度是多少？卫星的线速度是多少？
世界航天
三、梦想成真
几年之后，1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。
火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108分，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。
世界航天
三、梦想成真
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。
世界航天
三、梦想成真
航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。
1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。
世界航天
三、梦想成真
2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。
无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。
世界航天
三、梦想成真
“哈勃”太空望远镜
哈勃望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。
哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。
世界航天
三、梦想成真
1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。
1970年， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。
中国航天
三、梦想成真
中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。
中国航天
三、梦想成真
1984年，试验通信卫星：“东方红”2号，标志着中国是世界上第5个能发射地球静止轨道卫星的国家。
中国航天
三、梦想成真
飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础．
中国航天
1992年，中国载人航天工程正式启动．
2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空．
三、梦想成真
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程．
中国航天
三、梦想成真
中国航天
嫦 娥 工 程
三、梦想成真
中国航天
世界航天
尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……
宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？ ……
爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。
你想加入破解它的行列吗？
三、梦想成真
§6.5 宇宙航行
第二课时
*
一、人造卫星
2.人造卫星的运动学特征
1.人造卫星的动力学特征
结论：对于人造地球卫星，只要知道一个运动学量（v、ω、
a、r)，其它的运动学量均可由动力学、运动学特征求出。
即对人造地球卫星，这四个量中任何一个量确定，则其它量
均确定；反之，一个量变化，其它量均变化。
*
人造卫星的运动规律
正常运行的卫星，轨道半径r、线速度v、角速度ω ，向心加速度a四个量中任何一个量确定，则其它量均确定。
*
思考问题1：
　如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，试比较三颗卫星的线速度、角速度、加速度、周期，万有引力的关系 。
一、人造卫星
【探究归纳】
1.对于绕地球运动的人造卫星,其向心加速度、线速度、角速度、周期随轨道半径的变化规律？
一、人造卫星
由人造卫星运行的动力学方程（r—v—ω—T）
探究结论：除了周期以外，其余各量都随半径的增大而减小。
一、人造卫星
*
va＞vb=vc
ωa＞ωb=ωc
aa＞ab=ac
Ta＜Tb=Tc
思考问题1：
　如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，试比较三颗卫星的线速度、角速度、加速度、周期，万有引力的关系 。
一、人造卫星
二、人造地球卫星的动力学问题
人造地球卫星运动
（匀速圆周运动）
万有引力提供向心力
其中：
表达式
一、人造卫星
【典例1】 如图6－5－3所示，是同一轨道平面内的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是(　　)．
图6－5－3
C
一、人造卫星
1．（多选）假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则 ( 　　)．
A．根据公式v＝ωr，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍
CD
1.两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA∶TB＝1∶8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为 (　　)．
A．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2
B．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1
C．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2
D．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
练 习
D
2.探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比(　　)．
A.轨道半径变小 B．向心加速度变小
C．线速度变小 D．角速度变小
A
练 习
3. （多选）设地球的半径为R，质量为m的卫星在距地面高为2R处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g，则(　 　)．
练 习
AC
答案　AC
*
练习：求近地卫星的周期
*
思考问题2：
　　下图中，有三颗人造地球卫星围绕地球运动，它们运行的轨道可能存在吗？
地心是卫星圆轨道的圆心
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上
一、人造卫星
2.人造地球卫星的运行轨道
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上运行

【互动探究】有没有不以地心为中心的卫星轨道呢？
没有，万有引力指向轨道圆心完全提供向心力，而万有引力指向地心的，故轨道圆心一定与地心重合
一、人造卫星
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上
三类人造地球卫星轨道：
①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方
②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空
③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
人造地球卫星的运行轨道
*
赤道轨道
极地轨道
倾斜轨道
同步轨道
自转轴
人造卫星的轨道
各种各样的卫星……
返回
3.地球同步卫星（通讯卫星）
地球同步卫星：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。它的周期：T＝24h
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
*
同步卫星
*
*
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。
*
二、地球同步卫星
所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上做匀速圆周运动，跟地球自转同步，它的周期：T＝24h
*
为何同步卫星只能在赤道上运行
二、地球同步卫星
F
F1
F2
赤道平面
北
南
东
西
地球对卫星的万有引力只能指向地心，把万有引力F分解为两个力F1、F2，其中F1提供卫星做圆周运动所需的向心力，而F2将使卫星向赤道附近漂移。
二、地球同步卫星
*
地球同步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道上（静止轨道） ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。
2、对同步卫星： 其r、h、v、ω、T 、g'均为确定值
二、地球同步卫星
同步卫星的特点
①同步卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期为24h。
②同步卫星运行方向与地球自转的方向相同。
③同步卫星只能运行于赤道上方固定高度上，且其周期、角速度、线速度、向心加速度均为定值。
二、地球同步卫星
同步卫星有以下几个特点：
1、同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。自西向东
2、同步卫星的运转周期与地球自转周期相同。T=24h
3、同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。(ω=ω0)
4、同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方。（不可能定点在我国某地上空，为什么？ ）

要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，卫星轨道的圆心必须是地心。
二、地球同步卫星
5、同步卫星高度固定不变
解得高度 ：
6、线速度：
角速度：
7、向心加速度：
不同点：由于各国发射的同步卫星质量一般不同，所以它们受到的向心力的大小一般不同。
地球同步卫星有七个“一定”
(1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致．
(2)周期一定：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h；
(3)角速度一定：等于地球自转角速度．
(4)轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内；
(5)高度一定：离地面高度为36 000 km；
(6)速率一定：运转速率均为3.1×103 m/s；
(7)向心加速度的大小一定：均约为0.23 m/s2.
地球同步卫星的特点:
二、地球同步卫星
【对点训练】同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（??? ）
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心距离可按需要选择不同的值
B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心距离是
一定的???
C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
D
二、地球同步卫星
（多选）下列关于地球同步卫星的说法正确的是 A、它的周期与地球自转同步，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小
B、它的周期、高度、速度都是一定的
C、我国发射的同步通讯卫星定点在北京上空
D、我国发射的同步通讯卫星也定点在赤道上空
二、地球同步卫星
三、地球的卫星
神舟七号飞船的运行轨道离地面的高度为343km，线速度约7.6km/s，周期约90min。
离地高度h 轨道半径r 运行速度v 周期T
近地卫星 ≈0 6.4×106m 7.9km/s 84.6min
=5000s
同步卫星 3.6×107m 4.2×107m 3.1km/s 1天
月球 3.8×108m 3.8×108m 1km/s 28天
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星、同步卫星、月球三者比较
【典例2】 下面关于同步通信卫星的说法中，不正确的是 (　　)．
A．同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是确定的
B．同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，有的不能确定，可以调节
C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低
D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小
　B
【跟踪2】 （多选）我国在2012年5月26日成功发射了“中星2A”通信广播地球同步卫星．在某次实验中，飞船在空中飞行了36 h，环绕地球24圈．那么，同步卫星与飞船在轨道上正常运转相比较 (　 　)．
A．同步卫星运转周期比飞船大
B．同步卫星运转速率比飞船大
C．同步卫星运转加速度比飞船大
D．同步卫星离地高度比飞船大
　AD
解析　宇宙飞船在太空中环绕地球运转时，飞船就相当于地球的一颗卫星，此卫星与同步卫星相比有一些不同，但也有相同之处，那就是万有引力提供向心力．由万有引力定律和牛顿第二定律得
对于同步卫星、通信卫星、近地卫星、极地卫星等一些特殊卫星要注意加以理解、辨析．要注意同步卫星的特殊性，不管什么卫星在轨道上运行时，都是受到的万有引力全部提供向心力，产生向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态．
（多选）设同步卫星离地心距离为r,运行速度为v1,其向心加速度为a1;在地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2;第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则以下结论正确的是：（ ）
*
练 习
分析：本题出现三个物理状态：①同步卫星 ②赤道上物体（与地球一起自转）③绕地球表面运行的卫星（近地卫星）
要比较的物理量有两组：①同步卫星的向心加速度a1和赤道上物体的向心加速度a2；②同步卫星的运行速度v1和第一宇宙速度v2
而求解向心加速度的公式有多个， ∴要明确两状态a产生的原因，
依据题中已知条件，再正确选择公式。同理，求解运行速度的公式也有多个
A C

设地球质量为M，半径为R，地表重力加速度为g、自转周期为T0

设地球质量为M，半径为R，地表重力加速度为g、自转周期为T0
当卫星所受万有引力刚好提供向心力时，它的运行速率就不再发生变化，轨道半径确定不变从而做匀速圆周运动，我们称为稳定运行.
*
四、卫星、飞船的变轨问题
1．稳定运行和变轨运行
*
当运行的卫星，其所受万有引力不是刚好提供向心力，此时，卫星的运行速率及轨道半径就要发生变化，万有引力做功，我们将其称为不稳定运行即变轨运动；
四、卫星、飞船的变轨问题
1．稳定运行和变轨运行
五、卫星、飞船的发射和变轨问题
人造卫星如何变轨
卫星从椭圆轨道变到圆轨道或从圆轨道变到椭圆轨道是卫星技术的一个重要方面，卫星定轨和返回都要用到这个技术．
以发射同步卫星为例，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点点火加速，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，远地点为同步轨道上的Q），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。
四、卫星、飞船的变轨问题
v2>v1
v4>v3
v1>v4
v2>v1>v4>v3
利用离心和向心运动的知识分析
卫星的回收实际上是卫星发射过程的逆过程。
v2>v3
四、卫星、飞船的变轨问题
【典例】 （多选）发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图6－5－5所示．当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 ( 　　)．　
图6－5－5

A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大小大于它在轨道2上经过Q点时的加速度大小
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度大小等于它在轨道3上经过P点时的加速度大小
BD
四、卫星、飞船的变轨问题
答案　BD
1、宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站( )
A、只能从较低轨道上加速
B、只能从较高轨道上加速
C、只能从同空间站同一高度轨道上加速
D、无论在什么轨道上加速都行。
A
练 习
2. “神舟六号”顺利发射升空后，在离地面345km的圆轨道上运行了108圈。运行中需要进行多次“轨道维持”。所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力的大小方向，使飞船能保持在预定轨道上稳定运行。如果不进行轨道维持，由于飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力，轨道高度会逐渐降低，在这种情况下飞船的动能、重力势能和机械能变化情况将会是 ( )　
A.动能、重力势能和机械能都逐渐减小
B.重力势能逐渐减小,动能逐渐增大,机械能不变
C.重力势能逐渐增大,动能逐渐减小,机械能不变
D.重力势能逐渐减小,动能逐渐增大,机械能逐渐减小
D
练 习
解答:
由于阻力很小，轨道高度的变化很慢，卫星运行的每一圈仍可认为是匀速圆周运动。由于摩擦阻力做负功所以卫星的机械能减小；由于重力做正功所以重力势能减小；由上述规律可知卫星动能将增大(说明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的总功为正)。
五、人造卫星的超重和失重
1.人造卫星在发射升空过程中，有一段加速运动；在返回地面过程中，有一段减速运动.这两个过程加速度方向均向上，因而都是超重状态。
2.当人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态。
凡是工作原理与重力有关的仪器（如天平、水银气压计、密度计等）在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验，在卫星中都无法进行,如浮力不再有,但测力计仍可用(胡克定律),但弹簧秤不能用来测重力.
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例.某一物体在地球表面用弹簧秤称得重160N,把该物体放在航天器中，若航天器以加速度a=5m/s2垂直地面上升，这时，再用同一弹簧秤称得物体的视重为90N,忽略地球自转的影响，已知地球半径为R.求此航天器距地面的高度h.
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分析：本题给出了两个物理状态：①在地球表面静止，
遵从平衡条件；②匀加速上升，遵从牛顿第二定律。
五、人造卫星的超重和失重
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解：物体在距地h处，其受力如图
GMm/r2
FN
a
由牛顿第二定律有
其中FN=90N
又在地球表面处
R=4R=R+h ∴h=3R
超重
五、人造卫星的超重和失重
例.某物体在地球表面上用弹簧秤称得重力为160N，把该物体放在航天器中，若航天器以加速度a=g/2(g为地球表面的重力加速度)竖直上升，某时刻再用同一弹簧秤称得物体的重力为90N，忽略地球的自转影响，已知地球半径为R，求此时航天器离地面的高度h.
解：设地球质量为M，物体质量为m,在地面上：
航天器中,对物体由牛顿第二定律得：