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    11．必须区别人造地球卫星的圆周轨道与椭圆轨道的运行规律的不同 此处首先要明确人造地球卫星的发射速度和环绕速度.环绕速度是指卫星在某一圆周轨道上做匀速圆周运动的运行速度.环绕速度并不仅指7.9km/s． 要使人造地球卫星最终进入预定轨道而稳定运行.要经过火箭推动加速--进入停泊轨道--再次点火变轨--进入转移轨道--开启行星载动力--进入预定轨道等过程. 卫星的预定运行轨道均是圆周轨道.卫星在此轨道上做匀速圆周运动.万有引力完全提供向心力.卫星处于无动力稳定运行的状态. 当发射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s时.卫星则做椭圆运动逐渐远离地球.由于地球引力的作用.到达远地点P后.又会沿椭圆轨道面到近地点Q.如图4-9所示.在椭圆轨道的某一位置上.卫星所受地球的万有引力可以分解为切向分力和沿法线方向的分力即向心力.卫星在由近地点Q向远地点P运动的过程中做加速度和线速度都逐渐减小的减速运动,而由远地点P向近地点Q运行的过程则是加速度和线速度逐渐增大的加速运动.椭圆轨道是将卫星发射到预定轨道之间的一个过渡轨道. 例16:发射地球同步卫星时.先将卫星发射至近地圆形轨道1.然后经点火使其沿椭圆轨道2运行.最后再次点火将卫星送入同步轨道3.轨道1.2相切于P点如图4-10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上的运行速率大于轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道3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.卫星在椭圆轨道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 [审题]此题是一个“高起点.低落点 的题目,涉及到了人造地球卫星的发射和运动中的线速度.角速度.向心加速度的基本知识.这是一个把卫星发射到预定轨道上去的情景模型.求解此题需要运用牛顿定律.万有引力定律和匀速圆周运动的规律,必须明确以下几点: ①只有在圆周轨上才会有万有引力定律完全提供向心力; ②卫星的轨道半径与卫星到地心的距离是不同的; ③在比较卫星在不同轨道上的角速度.线速度.加速度时要注意选用不同的公式. [解析]对A选项.此选项比较的是卫星的线速度.由于万有引力提供卫星的向心力,则有GMm/r2 =m v2/r,所以v =,因轨道1的圆半径小于轨道3的圆半径,故此卫星在轨道1上的速度大于卫星在轨道3上的速度.故A选项错误. 对B选项.此选项求的是卫星的角速度,由于万有引力提供卫星的向心力,则有GMm/r2 =mω2r ,所以ω=,因轨道1的圆半径小于轨道3上的圆半径,故此卫星在轨道1上的角速度大于在轨道3上的角速度.故B选项正确. 对C选项.Q点是圆周轨道1与椭圆轨道2的相切点,Q点即在圆周轨道1上又在椭圆轨道2上,Q点到地心的距离r一定.由于万有引力提供向心力,则有GMm/r2＝m,所以＝GM/r2.显然,卫星在圆周轨道1上的Q点和在椭圆轨道2上的上的Q点时具有的向心加速度均是＝GM/r2.故C选项错误. 对D选项.由上面的讨论可知,因为圆周轨道3上的P点与椭圆轨道2上的P点是同一点,P点到地心的距离是一定的,由＝GM/r2得,其在P点得向心加速度是相同的.故D选项正确. [总结]此题是人造地球卫星的发射与运行的题目.解答此题时,明确此卫星在各个轨道上的速度大小十分重要.设此卫星在轨道1上的Q点速度为.在轨道2上的Q点速度为.在轨道2上的P点速度为.在轨道3上的P点速度为.因轨道1为近似圆形轨道.其速度=7.9km/s,因轨道2为椭圆轨道,故>7.9km/s(但<11.2km/s),卫星在轨道2上由Q点到P点的过程中做减速运动,则有<,要卫星由轨道进入轨道3稳定的运行.则必须在轨道2上的P点启动卫星的发动机使之加速变轨至圆轨道3上,则必有>.综合以上分析可得此四个速度的大小关系是>>>. 在这里,明确把卫星发射到预定轨道的过程能够加深对此题意的理解. 同步卫星的发射有两种方法,一种是“垂直发射 .是用火箭把卫星垂直发射到36000km的赤道上空,然后使之做的旋转飞行,使卫星进入同步轨道.另一种方法是“变轨发射 ,即先把卫星发射到高度为200km至300km高处的圆形轨道上.当卫星穿过赤道平面时.末级火箭点火工作.使火箭进入一个大的椭圆轨道.其远地点恰好在赤道上空的36000km处.此轨道叫做“转移轨道 .当卫星达到远地点时,启动卫星的发动机使之再加速进入同步轨道(即稳定运行的预定的圆形轨道).第一种方法在全过程种,火箭推动卫星处于“强动力 的飞行状态.必须消耗大量燃料.且要求在赤道上修建发射场.很不科学.第二种方法.运载火箭的耗能较少.发射场地设置受限较小.但技术要求很高.目前人类发射同步卫星均用第二种方法. 【查看更多】

     

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