D113.“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星系列問(wèn)題.ppt

“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星 系列問(wèn)題1,嫦娥一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射大事記 問(wèn)題1 問(wèn)題2 問(wèn)題3 問(wèn)題4 問(wèn)題5 問(wèn)題6 問(wèn)題7 問(wèn)題8 問(wèn)題9 問(wèn)題10 問(wèn)題11 問(wèn)題12 問(wèn)題13 /special/2007-10-17/735.shtml,“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星系列問(wèn)題1,嫦娥一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射大事記,2007年10月24日，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星由長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，星箭成功分離之后，順利進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)51000公里、周期為16小時(shí)的超地球同步軌道。 10月25日，順利完成了第一次遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌控制，成功地將“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星近地點(diǎn)從200公里抬升到600公里。 10月26日成功進(jìn)行第一次近地點(diǎn)變軌控制，成功進(jìn)入繞地飛行24小時(shí)周期軌道。 10月29日18時(shí)01分，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在24小時(shí)軌道飛行第圈時(shí),嫦娥一號(hào)衛(wèi)星成功實(shí)施第二次近地點(diǎn)變軌控制,衛(wèi)星將由24小時(shí)周期軌道進(jìn)入48小時(shí)周期軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度將提高到12萬(wàn)多公里。,10月31日實(shí)施入軌后的第四次變軌，按預(yù)定的時(shí)間、位置、速度成功進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，進(jìn)入奔月之旅的漫漫行程。 11月2日，順利完成軌道修正，原來(lái)設(shè)計(jì)的3次軌道修正由于變軌控制準(zhǔn)確，取消了2次。 11月5日，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星首次飛達(dá)近月點(diǎn)，順利實(shí)施第一次近月制動(dòng)，成為一顆繞月衛(wèi)星。 11月6日-7日，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星順利完成第2次和第3次近月制動(dòng)，成功進(jìn)入周期127分鐘的圓軌道。 11月20日，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星搭載的光學(xué)成像設(shè)備隨后打開，地面收到了第一批原始圖像數(shù)據(jù)。 11月26日，嫦娥一號(hào)所拍攝的月球立體圖片正式公布。,問(wèn)題1,【問(wèn)題1】伴隨發(fā)射點(diǎn)火的巨大轟鳴，在長(zhǎng)三甲“大力士”的托舉下，經(jīng)過(guò)火箭起飛、火箭一二級(jí)分離、火箭整流罩打開、火箭二三級(jí)分離 、星箭分離、太陽(yáng)能電池板展開、定向天線展開，“嫦娥”將首先被送入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約5.1萬(wàn)公里、運(yùn)行周期約為16小時(shí)的超地球同步轉(zhuǎn)移軌道。發(fā)射第二天，衛(wèi)星第一次遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌，使嫦娥1號(hào)的近地點(diǎn)升高，隨著第1次遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速，衛(wèi)星的近地點(diǎn)高度將被抬高至600公里，但軌道周期仍為16小時(shí)。在16小時(shí)軌道運(yùn)行總計(jì)數(shù)十小時(shí)之后，當(dāng)“嫦娥一號(hào)”在16小時(shí)軌道上運(yùn)行第三圈，到達(dá)距離地球最近點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星再次加速，使“嫦娥一號(hào)”所在的橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)升高，軌道周期也變?yōu)?4小時(shí)左右(24小時(shí)繞地球一圈)。 試估算地球24小時(shí)橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)。請(qǐng)將此遠(yuǎn)地點(diǎn)跟地球同步衛(wèi)星的離地高度進(jìn)行比較。（ ） （保留兩位有效數(shù)字）,衛(wèi)星在16小時(shí)周期軌道運(yùn)行時(shí)的半長(zhǎng)軸,衛(wèi)星在24小時(shí)周期軌道運(yùn)行時(shí)的半長(zhǎng)軸,遠(yuǎn)地點(diǎn)為H=2b2-600-12800=7.1104 km，即7萬(wàn)1千公里,地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行半徑等于衛(wèi)星在24小時(shí)周期軌道運(yùn)行時(shí)的半長(zhǎng)軸,地球同步衛(wèi)星的離地高度 h=b2-R=3.58104 km,衛(wèi)星在24小時(shí)周期軌道運(yùn)行時(shí)的遠(yuǎn)地點(diǎn)約是地球同步衛(wèi)星的離地高度的2倍。,解：,問(wèn)題2,【問(wèn)題2】 嫦娥一號(hào)衛(wèi)星順利完成第2次和第3次近月制動(dòng)，成功進(jìn)入距離月球高為h= 200km的圓軌道?！版隙鹨惶?hào)”將在距離月球高為h處繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)已知月球半徑為R，月球表面重力加速度為g，“嫦娥一號(hào)”環(huán)繞月球運(yùn)行的周期為 ( ),B,問(wèn)題3,【問(wèn)題3】 當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法正確的是（ ） A. 衛(wèi)星在軌道3上遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率大于近地點(diǎn)的速率 B.衛(wèi)星在軌道3上遠(yuǎn)地點(diǎn)的角速度小于近地點(diǎn)的角速度 C. 衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速率小于在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速率 D. 衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度 等于在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度,B C D,解見下頁(yè),解：,根據(jù)開普勒第二定律可得出,衛(wèi)星在軌道3上遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率小于近地點(diǎn)的速率，,衛(wèi)星在軌道3上遠(yuǎn)地點(diǎn)的角速度小于近地點(diǎn)的角速度。,衛(wèi)星在Q點(diǎn)時(shí)，在圓形軌道1上的速率小于在軌道2上的速率（在Q點(diǎn)衛(wèi)星是通過(guò)加速實(shí)現(xiàn)變軌從軌道1進(jìn)入軌道2的）。,衛(wèi)星在P點(diǎn)時(shí)，無(wú)論是在軌道2還是 在軌道3，所受引力相等，由牛頓第 二定律易知，衛(wèi)星的加速度相等,問(wèn)題4,【問(wèn)題4】軌道周期變?yōu)?4小時(shí)左右(24小時(shí)繞地球一圈)運(yùn)行一圈后，在距離地球最近時(shí)，衛(wèi)星第二次加速，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度升至120000千米，使軌道周期變?yōu)?8小時(shí)左右(48小時(shí)繞地球一圈)。再運(yùn)行一圈后，進(jìn)行調(diào)相軌道段的最后一次加速。這次加速過(guò)程使得“嫦娥一號(hào)”.飛行軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)接近40萬(wàn)千米，進(jìn)入了奔向月球的軌道。取地球的半徑為R=6400km，嫦娥1號(hào)衛(wèi)星的質(zhì)量為2350kg,地球表面重力加速度為g=10m/s2.求衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)高度升至120000千米時(shí)的加速度大小。,解：,又,問(wèn)題5,【問(wèn)題5】嫦娥1號(hào)由地球沿地月轉(zhuǎn)移軌道奔向月球過(guò)程中，途中經(jīng)某一位置時(shí)嫦娥1號(hào)受地球和月球引力的合力恰好為零，已知地球和月球兩球心間的距離為3.84108m，地球質(zhì)量是月球質(zhì)量的81倍。試計(jì)算嫦娥1號(hào)受地球引力和月球引力的合力為零的位置距地球中心的距離。,解：,設(shè)飛船質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M, 月球質(zhì)量為m 距地球距離為x，月球距離為y。據(jù)題意,M=81m ，,且 x+y=3.84108m，,代入數(shù)據(jù)可得,x=3.456107m,問(wèn)題6,【問(wèn)題6】北京航天飛行控制中心于5日11時(shí)37分對(duì)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星成功實(shí)施了第一次近月制動(dòng)，順利完成第一次“太空剎車”動(dòng)作。衛(wèi)星被月球捕獲，進(jìn)入環(huán)月軌道，成為我國(guó)第一顆月球衛(wèi)星。第二次制約制動(dòng)是將衛(wèi)星形成一個(gè)3.5小時(shí)周期的軌道，還有是第三次近月制動(dòng)，形成周期是127.6 min，離月球表面200 km的空中沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)，就是工作的一個(gè)環(huán)月圓軌道?！版隙?號(hào)”將在這條軌道上執(zhí)行1年的月球探測(cè)任務(wù)，衛(wèi)星將在工作軌道上開展一年的探測(cè)活動(dòng)，完成對(duì)月球的地形地貌、特定物質(zhì)類型及分布、月壤特性和地月空間環(huán)境四項(xiàng)科學(xué)探測(cè)任務(wù)。已知月球的半徑是1740 km,G=6.6710-11Nm2/kg2,根據(jù)上述有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算月球的質(zhì)量和平均密度,解：,設(shè)月球半徑為R，月球質(zhì)量為M，月球密度為，登月火箭軌道離月球表面為h，運(yùn)動(dòng)周期為T，火箭質(zhì)量為m，火箭沿軌道運(yùn)行時(shí)有F引=F向，,由,故,其中,問(wèn)題7,【問(wèn)題7】我國(guó)發(fā)射的探月衛(wèi)星“嫦娥1號(hào)”的環(huán)月工作軌道是圓形的，離月球表面200 km，若“嫦娥1號(hào)”貼近月球表面飛行。已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/81，月球的半徑約為地球半徑的1/4，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該“嫦娥1號(hào)”繞月運(yùn)行的速率約為 ( ) A. 0.4 km/s B. 1.8 km/s C. 11 km/s D. 36 km/s,解：,B,問(wèn)題8,A.探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿直線向后噴氣 B.探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴氣 C.探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴氣 D.探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不需要噴氣,【問(wèn)題8】若嫦娥1號(hào)完成對(duì)月球的探測(cè)任務(wù)后，在離開月球的過(guò)程中，由靜止開始沿著與月球表面成一傾斜角的直線飛行，先加速運(yùn)動(dòng)，再勻速運(yùn)動(dòng)。探測(cè)器通過(guò)噴氣而獲得推動(dòng)力。以下關(guān)于噴氣方向的描述中正確的是 （ ）,解:,探測(cè)器沿直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí),所受合力F合方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,而重力方向豎直向下,由平行四邊形定則知推力方向必須斜向上方,因此噴氣方向u斜向下。,勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力為零，因此推力方向必須豎直向上，噴氣方向u豎直向下。選C,C,問(wèn)題9,解見下頁(yè),A C D,解：,A、D正確，,C正確，,B錯(cuò)誤,問(wèn)題10,【問(wèn)題10】設(shè)地球的質(zhì)量為M,地球的半徑為R，地球自轉(zhuǎn)周期為T0，萬(wàn)有引力的恒量為G.取離地球的無(wú)限遠(yuǎn)重力勢(shì)能為零，物體的重力勢(shì)能的公式為 (式子中，r為質(zhì)量為m的物體離開地心的距離) ， （1）“嫦娥1號(hào)”質(zhì)量為m ，在離地心為r的圓軌道上運(yùn)行，試確定衛(wèi)星具有機(jī)械能的表達(dá)式 （2）若在赤道處發(fā)射 “嫦娥1號(hào)”衛(wèi)星，先使其做近地繞行，其軌道沿赤道上方，且設(shè)飛行時(shí)無(wú)氣體阻力，則對(duì)衛(wèi)星至少應(yīng)做多少功？,解：,（1）由萬(wàn)有引力提供向心力得到,（2）“嫦娥1號(hào)”衛(wèi)星做近地繞行時(shí)有，,地球自轉(zhuǎn)的線速度,由動(dòng)能定理得,【問(wèn)題11】 2007年10月24日18點(diǎn)29分，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星星箭成功分離之后，順利進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)51000公里、周期為16小時(shí)的超地球同步軌道。25日17時(shí)56分，順利完成了第一次遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌控制，成功地將“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星近地點(diǎn)從200公里抬升到600公里。26日17時(shí)44分，北京航天飛行控制中心向 “嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)出指令，衛(wèi)星主發(fā)動(dòng)機(jī)再次打開，成功進(jìn)行第一次近地點(diǎn)變軌控制，巨大的推力使衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)高度大大提高，成功進(jìn)入繞地飛行24小時(shí)周期軌道, 10月29日18時(shí)01分，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在24小時(shí)軌道飛行第3圈時(shí)，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星成功實(shí)施第三次變軌，這也是衛(wèi)星入軌后的第二次近地點(diǎn)變軌。衛(wèi)星將由24小時(shí)周期軌道進(jìn)入48小時(shí)周期軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度將提高到12萬(wàn)多公里，在這個(gè)軌道上運(yùn)行1圈后，衛(wèi)星于10月31日實(shí)施入軌后的第四次變軌，變軌成功后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，開始奔向月球的漫漫行程。如圖示,問(wèn)題11,（1）該衛(wèi)星在環(huán)繞地球的橢圓軌道上運(yùn)行，假設(shè)它在運(yùn)行中近地點(diǎn)的速度為v1，當(dāng)它由遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)行到近地點(diǎn)的過(guò)程中。地球引力對(duì)它做功為W，則宇宙飛船在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度v2多大？,（2）衛(wèi)星最終在離月球表面200km的高度繞月球飛行，運(yùn)行周期為多少？,（地球半徑為 R=6400km，月球半徑 r=1736km, 約是地球半徑的 , 月球質(zhì)量為是地球質(zhì)量的 , 取g =10m/s2 , 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）,解：,（1） 由機(jī)械能守恒定律,（2）在地球表面,在月球表面,題目,問(wèn)題12,【問(wèn)題12】理論證明，取離星球中心無(wú)窮遠(yuǎn)處為引力勢(shì)能的零勢(shì)點(diǎn)時(shí)，以物體在距離星球中心為r處的引力勢(shì)能可表示為: ,式中G為萬(wàn)有引力常數(shù)，M、m表示星球與物體的質(zhì)量，而萬(wàn)有引力做的正功等于引力勢(shì)能的減少已知月球質(zhì)量為M、半徑為R，探月飛船的總質(zhì)量為m月球表面的重力加速度為g （1）求飛船在距月球表面H=200km高的環(huán)月軌道運(yùn)行時(shí)的速度v； （2）設(shè)將飛船從月球表面發(fā)送到上述環(huán)月軌道的能量至少為E有同學(xué)提出了一種計(jì)算此能量E的方法:根據(jù) ，將（1）中的v代入即可請(qǐng)判斷此方法是否正確，并說(shuō)明理由如不正確，請(qǐng)給出正確的解法與結(jié)果（不計(jì)飛船質(zhì)量的變化及其他天體的引力）,解：,（1）探月飛船作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由月球?qū)μ皆嘛w船的萬(wàn)有引力提供有,（2）不正確 ； ,因探月飛船從月球表面發(fā)送到H高處的過(guò)程中月球的引力為變力，故克服引力所做的功不等于mgH ,由引力勢(shì)能定義可知探月飛船從月球表面發(fā)送到H處引力勢(shì)能的改變量,整理后得,由能量守恒定律可知，將探月飛船從月球表面發(fā)送 到H處所需的能量為,聯(lián)立求解得,題目,問(wèn)題13,【問(wèn)題13】我國(guó)已在酒泉、太原、西昌建有衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)，目前擬在海南新建發(fā)射場(chǎng)。中國(guó)探月計(jì)劃首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)指出，海南新發(fā)射場(chǎng)的建立將更有利于我國(guó)深空探測(cè)的發(fā)展。請(qǐng)你說(shuō)出海南發(fā)射場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)？（說(shuō)出一條即可）,答：,1.海南緯度比較低，有利于火箭的發(fā)射，有助于節(jié)省燃料。,2.飛行航區(qū)更安全,海南擁有廣袤的無(wú)人居住的海洋,這可以解