专题双星卫星变轨同步地球卫星精.ppt

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1、专题双星卫星变轨同步地球卫星第1页，本讲稿共25页一、地球同步卫星（一、地球同步卫星（通讯卫星）通讯卫星）这种卫星绕地球运动的这种卫星绕地球运动的角速度角速度与与地球自地球自转的角速度相同转的角速度相同，相对于地面，相对于地面静止静止，所，所以从地面上看，它总在某地的以从地面上看，它总在某地的正上方正上方，因此叫地球同步卫星。因此叫地球同步卫星。第2页，本讲稿共25页地球同步卫星的实地球同步卫星的实际轨道：际轨道：地轴地轴地心地心oF为为赤道平面上赤道平面上离地离地面高度一定的圆轨面高度一定的圆轨道。道。第3页，本讲稿共25页地球同步卫星特点地球同步卫星特点地球同步卫星特点地球同步卫星特点1、

2、定周期定周期：T =24 h ，w=w地地2、定轨道定轨道：地球同步卫星在：地球同步卫星在赤道的平面上赤道的平面上运行。运行。3、定高度定高度：所有同步卫星都在离地面的：所有同步卫星都在离地面的高度高度h都相同都相同。且且h为定值，约为地球轨道半径的为定值，约为地球轨道半径的6倍。倍。h=36000km4、定速率定速率：所有同步卫星环绕：所有同步卫星环绕 地球的地球的速度速度(V)都相同都相同。V=3km/s5、定点定点：每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。：每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。6 6、定方向定方向：与地球：与地球自转自转方向相同方向相同。第4页，本讲稿共25页v 卫星

3、变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【变轨定义】【变轨定义】卫星在绕地球做圆周运动时，思考下列情况卫星运动情况如何？1、万有引力恰好等于卫星所需向心力时；匀速圆周运动2、万有引力小于卫星所需向心力时；离心运动3、万有引力大于卫星所需向心力时；近心运动卫星轨道发生变化称为变轨运动第5页，本讲稿共25页v 卫星变轨卫星变轨 【卫星如何变轨】【卫星如何变轨】【卫星如何变轨】【卫星如何变轨】以发射同步卫星为例，先进入一个以发射同步卫星为例，先进入一个近地的圆轨道近地的圆轨道，然后在，然后在v v2 2点火加速，点火加速，进入进入椭圆形转移轨道椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的（该椭圆轨道的近地点在近地圆轨道上，远

4、地点在同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步轨道上），到达远地点时再次自动点火加速，进点火加速，进入同步轨道入同步轨道。v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v2v1v4v3第6页，本讲稿共25页v v 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【例题】【例题】【例题】【例题】如图所示，宇宙飞船如图所示，宇宙飞船B B在低轨道飞行，为了给更高轨道的在低轨道飞行，为了给更高轨道的空间站空间站A 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，以下说法正确的是轨道的目的，以下说法正确的是()()A A、它

5、应沿运行方向方向喷气，、它应沿运行方向方向喷气，与与A A对接后周期变小对接后周期变小B B、它应沿运行速度反方向喷气，、它应沿运行速度反方向喷气，与与A A对接后周期变大对接后周期变大C C、它应沿运行方向方向喷气，、它应沿运行方向方向喷气，与与A A对接后周期变大对接后周期变大D D、它应沿运行速度反方向喷气，与、它应沿运行速度反方向喷气，与A A对接后周期变小对接后周期变小第7页，本讲稿共25页v v 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【练习】【练习】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

6、D、无论在什么轨道上加速都行。第8页，本讲稿共25页v v 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【练习】【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第9页，本讲稿共25页v v 双星问题双星问题双星问题双星问题两颗质量相距较近的恒星相互绕着两者连线上某两颗质量相距较近的恒星相互绕着两者连线上某固定点旋转的现象，叫双星。固定点旋转的现象，叫双星。【

7、双星特点】【双星特点】【双星特点】【双星特点】1.1.1.1.两颗恒星均围绕两颗恒星均围绕两颗恒星均围绕两颗恒星均围绕共同的旋转中心共同的旋转中心共同的旋转中心共同的旋转中心做做做做匀匀匀匀速速速速圆周运动。圆周运动。圆周运动。圆周运动。2.2.2.2.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星两颗恒星两颗恒星两颗恒星角速度相同，周期相同角速度相同，周期相同角速度相同，周期相同角速度相同，周期相同。（同轴转动）同轴转动）同轴转动）同轴转动）3.3.3.3.两恒星之间两恒星之间两恒星之间两恒星之

8、间万有引力万有引力万有引力万有引力分别提供了两恒星分别提供了两恒星分别提供了两恒星分别提供了两恒星的向心力，是一对作用力和反作用力。的向心力，是一对作用力和反作用力。的向心力，是一对作用力和反作用力。的向心力，是一对作用力和反作用力。4.4.4.4.两颗恒星间的距离等于双星做圆周运两颗恒星间的距离等于双星做圆周运两颗恒星间的距离等于双星做圆周运两颗恒星间的距离等于双星做圆周运动的轨道半径的和。动的轨道半径的和。动的轨道半径的和。动的轨道半径的和。第10页，本讲稿共25页v 双星问题双星问题【例题】【例题】已知两恒星构成双星系统，其质量分别为M1和M2两恒星距离为L。求：(1)两恒星转动中心的位

9、置；(2)转动的角速度。解答：（解答：（1 1）对）对MM1 1，有，有对对MM2 2，有，有O32故故MM1 12 2r r1 1=M=M2 22 2(L-r(L-r1 1)（2 2）将）将r r1 1值代入值代入第11页，本讲稿共25页v v 双星问题双星问题双星问题双星问题【例题】【例题】两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量。解：设两星质量分别为M1和M2，星球1和星球2到O 的距离分别为l 1和 l2由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得Ol 1l 2M2M1l 1+l2=R联

10、立解得联立解得第12页，本讲稿共25页v v 双星问题双星问题双星问题双星问题【例题】【例题】宇宙中存在一些离其它恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其它星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个项点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设每个星体的质量均为m。试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期。假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？第13页，本讲稿共25页v v 双星问题双星问题双星问题双星问题第1

11、4页，本讲稿共25页v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇【思考】【思考】对于不同轨道的两颗卫星对于不同轨道的两颗卫星a a、b b，a a、b b之间距离何时达之间距离何时达到最大，何时最小？到最大，何时最小？当当a a、b b与中心天体与中心天体OO连成一条直线时，连成一条直线时，a a、b b同侧，则相距最近（相遇）同侧，则相距最近（相遇）a a、b b异侧，则相距最远异侧，则相距最远第15页，本讲稿共25页v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇【模型讲解】【模型讲解】当当a a、b b与中心天体与中心天体OO连成一条直线时，连成一条直线时，a、b同侧，则相距最近（相遇）a、b异侧，

12、则相距最远第16页，本讲稿共25页【例题】【例题】如图如图4 4所示，有所示，有A A、B B两颗行星绕同一颗恒星两颗行星绕同一颗恒星OO做圆周运动，做圆周运动，旋转方向相同。旋转方向相同。A A行星的周期为行星的周期为T T1 1，B B行星的周期为行星的周期为T T2 2，在某一时，在某一时刻两行星相距最近，则：（刻两行星相距最近，则：（）A.经过时间t=T1+T2，两行星再次相距最近B.经过时间，两行星再次相距最近C.经过时间，两行星相距最远D.经过时间，两行星相距最远v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇第17页，本讲稿共25页【例题】【例题】A A、B B两行星在同一平面内绕同一恒

13、星做匀速圆周运动，运两行星在同一平面内绕同一恒星做匀速圆周运动，运行方向相同，行方向相同，A A的轨道半径为的轨道半径为r r1 1，B B的轨道半径为的轨道半径为r r2 2，已知恒星质量为，已知恒星质量为mm，恒星对行星的引力远大于得星间的引力，两行星的轨道半径，恒星对行星的引力远大于得星间的引力，两行星的轨道半径r r1 1r r2 2。若。若在某一时刻两行星相距最近，试求：在某一时刻两行星相距最近，试求：（1）再经过多少时间两行星距离又最近？（2）再经过多少时间两行星距离最远？解：（1）设A、B的角速度分别为1、2，经过时间t，A转过的角度为1t，B转过的角度为2t。A、B距离最近的条

14、件是：v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇第18页，本讲稿共25页v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇恒星对行星的引力提供向心力，则：由此得出：求得：（2）设经过t，A、B相距最远，则故把1、2代入得：第19页，本讲稿共25页【例题】【例题】两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动，地球半径两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动，地球半径为，卫星离地面的高度等于，卫星离地面高度为，则：（为，卫星离地面的高度等于，卫星离地面高度为，则：（1 1）两卫星运行）两卫星运行周期之比是多少？（周期之比是多少？（2 2）若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点正上方，）若某时刻两卫星正好同时

15、通过地面同一点正上方，则至少经过多少个周期与相距最远？则至少经过多少个周期与相距最远？解：（解：（1 1）由）由可得：可得：v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇第20页，本讲稿共25页（2）由可知：，a即转动得更快。设经过时间两卫星相距最远，则由图可得：（n=1、2、3）其中n=1时对应的时间最短。又=t，上式可变形为所以，得v v 卫星相遇卫星相遇卫星相遇卫星相遇第21页，本讲稿共25页【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

16、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123pQ第22页，本讲稿共25页v v 卫星变轨卫星变轨卫星变轨卫星变轨 【练习】【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：Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的c Da卫星由于某种

17、原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变小地球地球acb第23页，本讲稿共25页【练习】如图所示.卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道,卫星开始对月球进行探测.已知地球与月球的质量之比为a,卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b,卫星在停泊轨道与工作轨道上均可视为做匀速圆周运动,则()A.卫星在停泊轨道和工作轨道运行的速度之比为B.卫星在停泊轨道和工作轨道运行的周期之比为C.卫星从停泊轨道进入地月转移轨道时,卫星必须加速D.卫星在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度第24页，本讲稿共25页谢谢观赏WPS OfficeMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps第25页，本讲稿共25页