高考物理考前專題突破專題天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星-資料下載頁(yè)
2025-06-07 23:51本頁(yè)面
【正文】 移軌道（橢圓軌道）——開(kāi)啟行星載動(dòng)力——進(jìn)入預(yù)定軌道(圓周軌道)等過(guò)程。 衛(wèi)星的預(yù)定運(yùn)行軌道均是圓周軌道，衛(wèi)星在此軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力完全提供向心力，衛(wèi)星處于無(wú)動(dòng)力穩(wěn)定運(yùn)行（其漂移運(yùn)動(dòng)此處暫略）的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射速度大于7。9km/s而小于11。2km/s時(shí)，衛(wèi)星則做橢圓運(yùn)動(dòng)逐漸遠(yuǎn)離地球，由于地球引力的作用，到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)P后，又會(huì)沿橢圓軌道面到近地點(diǎn)Q，如圖49所示。在橢圓軌道的某一位置上，衛(wèi)星所受地球的萬(wàn)有引力可以分解為切向分力（產(chǎn)生衛(wèi)星的切向加速度）和沿法線方向的分力即向心力（產(chǎn)生衛(wèi)星的向心加速度）。衛(wèi)星在由近地點(diǎn)Q向遠(yuǎn)地點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中做加速度和線速度都逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)；而由遠(yuǎn)地點(diǎn)P向近地點(diǎn)Q運(yùn)行的過(guò)程則是加速度和線速度逐漸增大的加速運(yùn)動(dòng)，橢圓軌道是將衛(wèi)星發(fā)射到預(yù)定軌道之間的一個(gè)過(guò)渡軌道。①只有在圓周軌上才會(huì)有萬(wàn)有引力定律完全提供向心力。②衛(wèi)星的軌道半徑與衛(wèi)星到地心的距離是不同的。③在比較衛(wèi)星在不同軌道上的角速度、線速度、加速度時(shí)要注意選用不同的公式. 【解析】,則有GMm/r2 =m v2/r,所以v =；因軌道1的圓半徑小于軌道3的圓半徑,.,由于萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星的向心力,則有GMm/r2 =mω2r ,所以ω=,因軌道1的圓半徑小于軌道3上的圓半徑,. ,Q點(diǎn)即在圓周軌道1上又在橢圓軌道2上,則有GMm/r2＝m,所以＝GM/,衛(wèi)星在圓周軌道1上的Q點(diǎn)和在橢圓軌道2上的上的Q點(diǎn)時(shí)具有的向心加速度均是＝GM/. ,因?yàn)閳A周軌道3上的P點(diǎn)與橢圓軌道2上的P點(diǎn)是同一點(diǎn),P點(diǎn)到地心的距離是一定的,由＝GM/r2得,.正確的分析思路是:由于阻力的作用,衛(wèi)星的速度v必然減少,假定此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑r還未來(lái)得及變化,即有萬(wàn)有引力=GMm/r2也未變化；而向心力= m v2/,衛(wèi)星正常運(yùn)行時(shí)“=”的關(guān)系則會(huì)變?yōu)椤啊?，故而在萬(wàn)有引力作用下衛(wèi)星必做近地向心運(yùn)動(dòng),從而使軌道半徑r變小。又由公式v =可知,此處衛(wèi)星速度的增大是以軌道高度的減小(或者說(shuō)成是引力做正功,重力勢(shì)能減少)為條件的.例17： (2000年全國(guó)高考)某人造地球衛(wèi)星因受高空稀薄氣體的阻力作用,后來(lái)變?yōu)榍摇Ｒ?、分別表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道的動(dòng)能.、分別表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的周期,則有 ( )A. B. C. D． 【解析】 當(dāng)衛(wèi)星受到空氣阻力的作用時(shí)，其速度必然會(huì)瞬時(shí)減小，假設(shè)此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑r還未變化，則由公式= m v2/r可知衛(wèi)星所需要的向心力必然減??；而由于衛(wèi)星的軌道半徑r還未來(lái)得及變化,由公式=GMm/r2得,衛(wèi)星所受地球引力不變,則必有“”，衛(wèi)星必然會(huì)做靠近地球得向心運(yùn)動(dòng)而使軌道半徑r變小.由于萬(wàn)有引力提供向心力,則由GMm/r2 =m v2/r得v =,顯然,隨著衛(wèi)星軌道半徑r得變小,其速度v必然增大,其動(dòng)能(=)也必然增大,故。又由于GMm/r2 = m4π2 r/T2 得T=2π, 顯然,隨著衛(wèi)星得軌道半徑r得變小,其運(yùn)行周期T必然變小,即.故C選項(xiàng)正確.13．必須區(qū)別地面直線運(yùn)動(dòng)的“追及”問(wèn)題與航天飛機(jī)“對(duì)接”宇宙空間站的不同對(duì)地面的直線運(yùn)動(dòng)而言,當(dāng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體發(fā)生追趕運(yùn)動(dòng)時(shí),只要“追趕物體”的速度大于“被追物體”“追趕物體”與“被追物體”相對(duì)于同一起點(diǎn)的位移相同。這是“追及問(wèn)題”的必備條件。圖４－１１對(duì)于航天飛機(jī)與宇宙空間站的“對(duì)接”其實(shí)際上就是兩個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體追趕問(wèn)題，本質(zhì)仍然是人造天體的變軌運(yùn)行的變軌運(yùn)行問(wèn)題。要使航天飛機(jī)與宇宙空間站成功“對(duì)接”，必須讓航天飛機(jī)在較低軌道上加速，通過(guò)速度v的增大——所需向心力增大——離心運(yùn)動(dòng)——軌道半徑r增大——升高軌道的系列變速、變軌過(guò)程而完成航天飛機(jī)與宇宙空間站的成功對(duì)接。 如圖４－１１所示，是航天飛機(jī)宇宙空間站的對(duì)接軌道示意圖。其中軌道1是地球衛(wèi)星的一個(gè)環(huán)繞軌道（圓形軌道），軌道3是宇宙空間站的運(yùn)行軌道，軌道2是一個(gè)長(zhǎng)軸的兩端點(diǎn)Q、P分別相切于軌道1與軌道3的橢圓軌道。航天飛機(jī)只有從預(yù)定的環(huán)形軌道1上的Q點(diǎn)，以一定的速度和加速度方式沿軌道2的半個(gè)橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，才能恰好在軌道3上的P點(diǎn)與宇宙空間站實(shí)現(xiàn)“對(duì)接”。【審題】此題中的“宇宙空間站”“航天飛機(jī)”其實(shí)都是人造天體，當(dāng)進(jìn)入軌道運(yùn)行時(shí)與衛(wèi)星一樣遵守萬(wàn)有引力定律，其向心力由萬(wàn)有引力提供。要實(shí)現(xiàn)航天飛機(jī)與宇宙空間站的“對(duì)接”，既要考慮航天飛機(jī)的加速，又要依據(jù)公式v =分析航天飛機(jī)因加速導(dǎo)致的變速、變軌、變向的問(wèn)題。35用心 愛(ài)心 專心
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