高中物理卫星变轨问题

❖ 卫星变轨
【练习】宇宙飞船空间站在同一轨道上运动，若飞船想
与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采
取的办法是（
）
A、飞船加速直到追上空间站
B、飞船从原轨道减速至一较低轨道，再加速追上空间 站完成对接
C、飞船从原轨道加速至一较高轨道，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 高中物理卫星变轨问题
• 地球表面的物体 • 两极的物体：
（与地球具有相同的ω0）
• 赤道上的物体： 即： 即：
• 近地卫星：
• 人造地球卫星：
高中物理卫星变轨问题Fra Baidu bibliotek
人造地球卫星
所有卫星的轨道圆心都在地心上
按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星
高中物理卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星：
道的空间站A输送物资，它可以采用喷气的方法改变速度，从
而达到改变轨道的目的，以下说法正确的是(
)
A、它应沿运行方向方向喷气， 与A对接后周期变小
B、它应沿运行速度反方向喷气， 与A对接后周期变大
C、它应沿运行方向方向喷气， 与A对接后周期变大
D、它应沿运行速度反方向高中喷物理气卫，星变与轨问A题对接后周期变小
V
mA
F引
F引
G
Mm r2
F引＜F向 F引＞F向
F引 F向
F向
m
v2 r
M
在A点万有引力相同
A点速度—内小外高大中（物理在卫星A变点轨问看题轨迹）
卫星变轨原理
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在 高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭
圆轨道运行，当行至椭圆轨
·
道的远点处时再次加速，即
可使其沿高轨道运行。
万有引力相同，加速度相同 1、卫星在二轨道相切点
速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，加速度大 2、卫星在椭圆轨道运行 高中物理卫星变远轨地问题点---速度小，加速度小
卫星变轨原理
使卫星加速到v
2
,
使
mv2 r
2
G
Mm r2
卫星在圆轨 道运行速度
V1
R
1
2
V2
mv12 r
A、在轨道3上的速率大
3 2
于1上的速率 B、在轨道3上的角速度
1
P·
Q
小于1上的角速度
C、在轨道2上经过Q点时
的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率
D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上
经过P点时的加速度高中物理卫星变轨问题
❖ 卫星变轨
【例题】如图所示，宇宙飞船B在低轨道飞行，为了给更高轨
第一次变轨：
点火加速： v2>v1
v4
在椭圆轨 道上运行:
v2>v3
v3 v1
第二次变轨：
点火加速： v4>v3
v2
在圆轨道上 稳定运行：
v1>v4 结果：v2>v1>v4>v3
高中物理卫星变轨问题
❖ 卫星变轨 【分析思路】
定态运行：看公式 动态变轨：分析供需
圆轨道与椭圆轨道的互变：
A点： 圆→ 加速 →椭圆 近地点 椭圆→减速 →圆
专题 万有引力定律的应用
1、卫星“比较”问题 2、卫星“变轨” 问题
高中物理卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行， 它们的质量相等，轨道半径不同,比较它们的向心 加速度an、线速度v、角速度ω 、周期T。
地球
高中物理卫星变轨问题
计算中心天体的质量M、密度ρ
【练习】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
入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如
图所示。则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说
法正确的是：
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
运动
同步 卫星
可求得距
地面高度 与地球自 h≈36000 周期相同，
km，约为 即24h
地球半径
此处的 万有引
力
轨道面与赤
m(2Tπ)2RGMR2m
道面重合， 在赤道上空， 与地面保持
的5.6倍
相对静止
高中物理卫星变轨问题
卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
卫星变轨原理
（1）某星体m围绕中心天体M 做圆周运动的周期为T，圆周
运动的轨道半径为r
M
4 2r3
GT 2
（2）已知中 心天体的半径 R和表面g
mg G Mm R2
M gR 2 G
（3）中心 天体密度
M V
3r 3
GT 2R3
M 3g 高中物理卫星变轨问题 V 4RG
（当卫星在天体表 面上飞行？）
高中物理卫星变轨问题
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度 大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度 等于它在轨道3上经过P点时的加速度
高中物理卫星变轨问题
p
1 23 Q
❖ 卫星变轨
【练习】如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运
行的3颗人造卫星，下列说法正确的是：
半径R 周期T 向心力F
关系式
备注
赤道 上物 体
近地 卫星
即为地 球半径
即为地 球半径
与地球自 转周期相
同，即24h
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
力
离地高度近
m(2Tπ)2RGMR2m
似为0，与 地面有相对
【卫星如何变轨】 以发射同步卫星为例，先进入
一个近地的圆轨道，然后在v2点 v4
火加速，进入椭圆形转移轨道 （该椭圆轨道的近地点在近地圆 轨道上，远地点在同步轨道上）， 到达远地点时再次自动点火加速， 进入同步轨道。
v3 v1
v2
v2>v1 v4>v3 v1高>中物v理4卫星变轨问v题2>v1>v4>v3
G
Mm r2
F引
θ＞900
v 减小
高中物理卫星变轨问题
卫星变轨原理
r
v3
F引
椭圆 mv32 r 高中物理卫星变轨问题
G
Mm r2
使
卫
星
进
v4
入
更
v3
高
轨
道
做
圆
周
运 动
使卫星加速到v高4中，物理使卫星m变轨rv问4 2题
G
Mm r2
卫 星 的 回 收
高中物理卫星变轨问题
高中物理卫星变轨问题
❖ 卫星变轨
A
B B点： 圆→ 减速 →椭圆
远地点 椭圆→加速 →圆
高中物理卫星变轨问题
1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地
圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次
点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3
相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下
说法正确的是（ BD ）