D113.“嫦娥一号”卫星系列问题课件

“嫦嫦 娥娥 一一 号号”卫卫 星星系系列列问问题题 1 D113.“嫦娥一号”卫星系列问题嫦娥一号卫星发射大事记嫦娥一号卫星发射大事记问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4问题问题5问题问题6问题问题7问题问题8问题问题9问题问题10问题问题11问题问题12问题问题13http:/“嫦嫦 娥娥 一一 号号”卫卫 星星 系系 列列 问问 题题 1 D113.“嫦娥一号”卫星系列问题嫦娥一号卫星发射大事记嫦娥一号卫星发射大事记2007年年10月月24日日，“嫦嫦娥娥一一号号”卫卫星星由由长长征征三三号号甲甲运运载载火火箭箭在在西西昌昌卫卫星星发发射射中中心心成成功功发发射射升升空空，星星箭箭成成功功分分离离之之后后，顺顺利利进进入入近近地地点点200公公里里、远远地地点点51000公公里里、周周期为期为16小时的超地球同步轨道。小时的超地球同步轨道。10月月25日日，顺顺利利完完成成了了第第一一次次远远地地点点变变轨轨控控制制，成成功功地将地将“嫦娥一号嫦娥一号”卫星近地点从卫星近地点从200公里抬升到公里抬升到600公里。公里。10月月26日日成成功功进进行行第第一一次次近近地地点点变变轨轨控控制制，成成功功进进入入绕地飞行绕地飞行24小时周期轨道。小时周期轨道。10月月29日日18时时01分分，嫦嫦娥娥一一号号卫卫星星在在24小小时时轨轨道道飞飞行行第第圈圈时时,嫦嫦娥娥一一号号卫卫星星成成功功实实施施第第二二次次近近地地点点变变轨轨控控制制,卫卫星星将将由由24小小时时周周期期轨轨道道进进入入48小小时时周周期期轨轨道道，远远地点高度将提高到地点高度将提高到12万多公里。万多公里。D113.“嫦娥一号”卫星系列问题10月月31日实施入轨后的第四次变轨，按预定的时间、日实施入轨后的第四次变轨，按预定的时间、位置、速度成功进入地月转移轨道，进入奔月之旅的位置、速度成功进入地月转移轨道，进入奔月之旅的漫漫行程。漫漫行程。11月月2日，顺利完成轨道修正，原来设计的日，顺利完成轨道修正，原来设计的3次轨道次轨道修正由于变轨控制准确，取消了修正由于变轨控制准确，取消了2次。次。11月月5日，嫦娥一号卫星首次飞达近月点，顺利实日，嫦娥一号卫星首次飞达近月点，顺利实施第一次近月制动，成为一颗绕月卫星。施第一次近月制动，成为一颗绕月卫星。11月月6日日-7日，嫦娥一号卫星顺利完成第日，嫦娥一号卫星顺利完成第2次和第次和第3次近月制动，成功进入周期次近月制动，成功进入周期127分钟的圆轨道。分钟的圆轨道。11月月20日，嫦娥一号卫星搭载的光学成像设备随后日，嫦娥一号卫星搭载的光学成像设备随后打开，地面收到了第一批原始图像数据。打开，地面收到了第一批原始图像数据。11月月26日，嫦娥一号所拍摄的月球立体图片正式公日，嫦娥一号所拍摄的月球立体图片正式公布。布。D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题1【问问题题1】伴伴随随发发射射点点火火的的巨巨大大轰轰鸣鸣，在在长长三三甲甲“大大力力士士”的的托托举举下下，经经过过火火箭箭起起飞飞、火火箭箭一一二二级级分分离离、火火箭箭整整流流罩罩打打开开、火火箭箭二二三三级级分分离离、星星箭箭分分离离、太太阳阳能能电电池池板板展展开开、定定向向天天线线展展开开，“嫦嫦娥娥”将将首首先先被被送送入入近近地地点点200公公里里、远远地地点点约约5.1万万公公里里、运运行行周周期期约约为为16小小时时的的超超地地球球同同步步转转移移轨轨道道。发发射射第第二二天天，卫卫星星第第一一次次远远地地点点变变轨轨，使使嫦嫦娥娥1号号的的近近地地点点升升高高，随随着着第第1次次远远地地点点的的加加速速，卫卫星星的的近近地地点点高高度度将将被被抬抬高高至至600公公里里，但但轨轨道道周周期期仍仍为为16小小时时。在在16小小时时轨轨道道运运行行总总计计数数十十小小时时之之后后，当当“嫦嫦娥娥一一号号”在在16小小时时轨轨道道上上运运行行第第三三圈圈，到到达达距距离离地地球球最最近近点点时时，卫卫星星再再次次加加速速，使使“嫦嫦娥娥一一号号”所所在在的的椭椭圆圆轨轨道道的的远远地地点点升升高高，轨轨道道周周期期也也变变为为24小小时时左左右右(24小小时时绕绕地地球球一一圈圈)。试试估估算算地地球球24小小时时椭椭圆圆轨轨道道的的远远地地点点。请请将将此此远远地地点点跟跟地地球球同同步步卫卫星星的的离离地地高高度度进进行行比比较较。（）（保留两位有效数字）（保留两位有效数字）D113.“嫦娥一号”卫星系列问题卫星在卫星在16小时周期轨道运行时的半长轴小时周期轨道运行时的半长轴卫星在卫星在24小时周期轨道运行时的半长轴小时周期轨道运行时的半长轴远地点为远地点为H=2b2-600-12800=7.1104km，即，即7万万1千公里千公里地球同步卫星的运行半径等于卫星在地球同步卫星的运行半径等于卫星在24小时周期轨道运小时周期轨道运行时的半长轴行时的半长轴地球同步卫星的离地高度地球同步卫星的离地高度h=b2-R=3.58104km,卫星在卫星在24小时周期轨道运行时的远地点约是地球同步小时周期轨道运行时的远地点约是地球同步卫星的离地高度的卫星的离地高度的2倍。倍。解：解：D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题2【问题【问题2】嫦娥一号卫星顺利完成第嫦娥一号卫星顺利完成第2次和第次和第3次近月次近月制动，成功进入距离月球高为制动，成功进入距离月球高为h=200km的圆轨道。的圆轨道。“嫦娥一号嫦娥一号”将在距离月球高为将在距离月球高为h处绕月球做匀速圆周处绕月球做匀速圆周运动已知月球半径为运动已知月球半径为R，月球表面重力加速度为，月球表面重力加速度为g，“嫦娥一号嫦娥一号”环绕月球运行的周期为环绕月球运行的周期为()BD113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题3【问问题题3】当当卫卫星星分分别别在在1、2、3轨轨道道上上正正常常运运行行时时，以下说法正确的是（以下说法正确的是（）A.卫星在轨道卫星在轨道3上远地点的速率大于近地点的速率上远地点的速率大于近地点的速率B.卫星在轨道卫星在轨道3上远地点的角速度小于近地点上远地点的角速度小于近地点的角速度的角速度C.卫卫星星在在轨轨道道1上上经经过过Q点点时时的的速速率率小小于于在在轨轨道道2上上经经过过Q点时的速率点时的速率D.卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的加速度点时的加速度等于在轨道等于在轨道3上经过上经过P点时的加速度点时的加速度123PQBCD解见下页解见下页D113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：123PQ根据开普勒第二定律可得出根据开普勒第二定律可得出,卫星在轨道卫星在轨道3上远地点的上远地点的速率小于近地点的速率，速率小于近地点的速率，卫星在轨道卫星在轨道3上远地点的角速度小于近地点上远地点的角速度小于近地点的角速度。的角速度。卫星在卫星在Q点时，在圆形轨道点时，在圆形轨道1上的速率小于在轨道上的速率小于在轨道2上上的速率（在的速率（在Q点卫星是通过加速实现变轨从轨道点卫星是通过加速实现变轨从轨道1进进入轨道入轨道2的）。的）。卫星在卫星在P点时，无论是在轨道点时，无论是在轨道2还是还是在轨道在轨道3，所受引力相等，由牛顿第，所受引力相等，由牛顿第二定律易知，卫星的加速度相等二定律易知，卫星的加速度相等D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题4【问问题题4】轨轨道道周周期期变变为为24小小时时左左右右(24小小时时绕绕地地球球一一圈圈)运运行行一一圈圈后后，在在距距离离地地球球最最近近时时，卫卫星星第第二二次次加加速速，远远地地点点高高度度升升至至120000千千米米，使使轨轨道道周周期期变变为为48小小时时左左右右(48小小时时绕绕地地球球一一圈圈)。再再运运行行一一圈圈后后，进进行行调调相相轨轨道道段段的的最最后后一一次次加加速速。这这次次加加速速过过程程使使得得“嫦嫦娥娥一一号号”.飞飞行行轨轨道道的的远远地地点点接接近近40万万千千米米，进进入入了了奔奔向向月月球球的的轨轨道道。取取地地球球的的半半径径为为R=6400km，嫦嫦娥娥1号号卫卫星星的的质质量量为为2350kg,地地球球表表面面重重力力加加速速度度为为g=10m/s2.求求卫卫星在星在远地点高度升至远地点高度升至120000千米时千米时的加速度大小。的加速度大小。解解：又又D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题5【问题【问题5】嫦娥】嫦娥1号由地球沿地月转移轨道奔向月球过号由地球沿地月转移轨道奔向月球过程中，途中经某一位置时嫦娥程中，途中经某一位置时嫦娥1号受地球和月球引力号受地球和月球引力的合力恰好为零，已知地球和月球两球心间的距离为的合力恰好为零，已知地球和月球两球心间的距离为3.84108m，地球质量是月球质量的，地球质量是月球质量的81倍。试计算嫦娥倍。试计算嫦娥1号受地球引力和月球引力的合力为零的位置距地球号受地球引力和月球引力的合力为零的位置距地球中心的距离。中心的距离。解：解：设飞船质量为设飞船质量为m，地球质量为，地球质量为M,月球质量为月球质量为m距地球距离为距地球距离为x，月球距离为，月球距离为y。据题意。据题意M=81m，且且x+y=3.84108m，代入数据可得代入数据可得x=3.456107mD113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题6【问问题题6】北北京京航航天天飞飞行行控控制制中中心心于于5日日11时时37分分对对嫦嫦娥娥一一号号卫卫星星成成功功实实施施了了第第一一次次近近月月制制动动，顺顺利利完完成成第第一一次次“太太空空刹刹车车”动动作作。卫卫星星被被月月球球捕捕获获，进进入入环环月月轨轨道道，成成为为我我国国第第一一颗颗月月球球卫卫星星。第第二二次次制制约约制制动动是是将将卫卫星星形形成成一一个个3.5小小时时周周期期的的轨轨道道，还还有有是是第第三三次次近近月月制制动动，形形成成周周期期是是127.6min，离离月月球球表表面面200km的的空空中中沿沿圆圆形形轨轨道道运运动动，就就是是工工作作的的一一个个环环月月圆圆轨轨道道。“嫦嫦娥娥1号号”将将在在这这条条轨轨道道上上执执行行1年年的的月月球球探探测测任任务务，卫卫星星将将在在工工作作轨轨道道上上开开展展一一年年的的探探测测活活动动，完完成成对对月月球球的的地地形形地地貌貌、特特定定物物质质类类型型及及分分布布、月月壤壤特特性性和和地地月月空空间间环环境境四四项项科科学学探探测测任任务务。已已知知月月球球的的半半径径是是1740km,G=6.6710-11Nm2/kg2,根根据据上上述述有有关关数数据据计计算算月球的质量和平均密度月球的质量和平均密度D113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：设月球半径为设月球半径为R，月球质量为，月球质量为M，月球密度为，月球密度为，登月火箭轨道离月球表面为登月火箭轨道离月球表面为h，运动周期为，运动周期为T，火箭质，火箭质量为量为m，火箭沿轨道运行时有，火箭沿轨道运行时有F引引=F向向，由由故故其中其中D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题7【问问题题7】我我国国发发射射的的探探月月卫卫星星“嫦嫦娥娥1号号”的的环环月月工工作作轨轨道道是是圆圆形形的的，离离月月球球表表面面200km，若若“嫦嫦娥娥1号号”贴贴近近月月球球表表面面飞飞行行。已已知知月月球球的的质质量量约约为为地地球球质质量量的的1/81，月月球球的的半半径径约约为为地地球球半半径径的的1/4，地地球球上上的的第第一一宇宇宙宙速速度度约约为为7.9km/s，则则该该“嫦嫦娥娥1号号”绕绕月月运运行行的的速速率率约约为为()A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s解：解：BD113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题8A.探测器加速运动时，沿直线向后喷气探测器加速运动时，沿直线向后喷气B.探测器加速运动时，竖直向下喷气探测器加速运动时，竖直向下喷气C.探测器匀速运动时，竖直向下喷气探测器匀速运动时，竖直向下喷气D.探测器匀速运动时，不需要喷气探测器匀速运动时，不需要喷气【问问题题8】若若嫦嫦娥娥1号号完完成成对对月月球球的的探探测测任任务务后后，在在离离开开月月球球的的过过程程中中，由由静静止止开开始始沿沿着着与与月月球球表表面面成成一一倾倾斜斜角角的的直直线线飞飞行行，先先加加速速运运动动，再再匀匀速速运运动动。探探测测器器通通过过喷喷气气而而获获得得推推动动力力。以以下下关关于于喷喷气气方方向向的的描描述述中中正确的是正确的是（）解解:探探测测器器沿沿直直线线加加速速运运动动时时,所所受受合合力力F合合方方向向与与运运动动方方向向相相同同,而而重重力力方方向向竖竖直直向向下下,由由平平行行四四边边形形定定则知推力方向必须斜向上方则知推力方向必须斜向上方,因此喷气方向因此喷气方向u斜向下。斜向下。FGuF合合匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向向上，喷气方向u竖直向下。选竖直向下。选CFGuCD113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题9中中国国航航天天局局将将如如图图所所示示的的标标志志确确定定为为中中国国月月球球探探测测工工程程形形象象标标志志。它它以以中中国国书书法法的的笔笔触触,抽抽象象地地勾勾勒勒出出一一轮轮明明月月,一一双双脚脚印印踏踏在在其其上上,象象征征着着月月球球探探测测的的终终极极梦梦想想。2007年年10月月24日日18:05时时嫦嫦娥娥1号号探探月月卫卫星星成成功功发发射射。若若已已知知月月球球质质量量为为M,半半径径为为R,万万有有引引力力常常数为数为G,以下畅想可能的是（以下畅想可能的是（）B.在月球上发射一颗绕它运行的卫星的在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小周期为最小周期为D.在在月月球球上上荡荡秋秋千千，将将人人视视为为质质点点，秋秋千千质质量量不不计计、摆长不变、摆角小于摆长不变、摆角小于900，若秋千经过最低点位置的，若秋千经过最低点位置的A.在月球上以初速度在月球上以初速度v0竖直上抛一个竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为物体，物体上升的最大高度为C.在月球上发射一颗绕它运行的卫星的的最小速度为在月球上发射一颗绕它运行的卫星的的最小速度为速度为速度为v0，人能上升的最大高度是，人能上升的最大高度是解见下页解见下页ACDD113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：A、D正确，正确，C正确，正确，B错误错误D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题10【问问题题10】设设地地球球的的质质量量为为M,地地球球的的半半径径为为R，地地球球自自转转周周期期为为T0，万万有有引引力力的的恒恒量量为为G.取取离离地地球球的的无无限限远远重重力势能为零，物体的重力势能的公式为力势能为零，物体的重力势能的公式为(式子中，式子中，r为质量为为质量为m的物体离开地心的距离的物体离开地心的距离)，（1）“嫦嫦娥娥1号号”质质量量为为m，在在离离地地心心为为r的的圆圆轨轨道道上上运行，试确定卫星具有机械能的表达式运行，试确定卫星具有机械能的表达式（2）若在赤道处发射）若在赤道处发射“嫦娥嫦娥1号号”卫星，先使其做近卫星，先使其做近地绕行，其轨道沿赤道上方，且设飞行时无气体阻力，地绕行，其轨道沿赤道上方，且设飞行时无气体阻力，则对卫星至少应做多少功？则对卫星至少应做多少功？D113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：（1 1）由万有引力提供向心力得到）由万有引力提供向心力得到（2）“嫦娥嫦娥1号号”卫星做近地绕行时有，卫星做近地绕行时有，地球自转的线速度地球自转的线速度由动能定理得由动能定理得D113.“嫦娥一号”卫星系列问题【问问题题11】2007年年10月月24日日18点点29分分，“嫦嫦娥娥一一号号”卫卫星星星星箭箭成成功功分分离离之之后后，顺顺利利进进入入近近地地点点200公公里里、远远地地点点51000公公里里、周周期期为为16小小时时的的超超地地球球同同步步轨轨道道。25日日17时时56分分，顺顺利利完完成成了了第第一一次次远远地地点点变变轨轨控控制制，成成功功地地将将“嫦嫦娥娥一一号号”卫卫星星近近地地点点从从200公公里里抬抬升升到到600公公里里。26日日17时时44分分，北北京京航航天天飞飞行行控控制制中中心心向向“嫦嫦娥娥一一号号”卫卫星星发发出出指指令令，卫卫星星主主发发动动机机再再次次打打开开，成成功功进进行行第第一一次次近近地地点点变变轨轨控控制制，巨巨大大的的推推力力使使卫卫星星远远地地点点高高度度大大大大提提高高，成成功功进进入入绕绕地地飞飞行行24小小时时周周期期轨轨道道,10月月29日日18时时01分分，嫦嫦娥娥一一号号卫卫星星在在24小小时时轨轨道道飞飞行行第第3圈圈时时，嫦嫦娥娥一一号号卫卫星星成成功功实实施施第第三三次次变变轨轨，这这也也是是卫卫星星入入轨轨后后的的第第二二次次近近地地点点变变轨轨。卫卫星星将将由由24小小时时周周期期轨轨道道进进入入48小小时时周周期期轨轨道道，远远地地点点高高度度将将提提高高到到12万万多多公公里里，在在这这个个轨轨道道上上运运行行1圈圈后后，卫卫星星于于10月月31日日实实施施入入轨轨后后的的第第四四次次变变轨轨，变变轨轨成成功功后后进进入入地地月月转移轨道，开始奔向月球的漫漫行程。转移轨道，开始奔向月球的漫漫行程。如图示如图示问题问题11D113.“嫦娥一号”卫星系列问题（1）该卫星在环绕地球的椭圆轨道上运行，假设它在）该卫星在环绕地球的椭圆轨道上运行，假设它在运行中近地点的速度为运行中近地点的速度为v1，当它由远地点运行到近地点，当它由远地点运行到近地点的过程中。地球引力对它做功为的过程中。地球引力对它做功为W，则宇宙飞船在远地，则宇宙飞船在远地点的速度点的速度v2多大？多大？（2）卫卫星星最最终终在在离离月月球球表表面面200km的的高高度度绕绕月月球球飞飞行，运行周期为多少？行，运行周期为多少？（地球半径为（地球半径为R=6400km，月球半径，月球半径r=1736km,约是约是地球半径的地球半径的,月球质量为是地球质量的月球质量为是地球质量的,取取g=10m/s2,结果保留两位有效数字）结果保留两位有效数字）D113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：（1）由机械能守恒定律由机械能守恒定律（2）在地球表面）在地球表面在月球表面在月球表面题目题目D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题12【问问题题12】理理论论证证明明，取取离离星星球球中中心心无无穷穷远远处处为为引引力力势势能能的的零零势势点点时时，以以物物体体在在距距离离星星球球中中心心为为r处处的的引引力力势势能能可可表表示示为为:,式式中中G为为万万有有引引力力常常数数，M、m表表示示星星球球与与物物体体的的质质量量，而而万万有有引引力力做做的的正正功功等等于于引引力力势势能能的的减减少少已已知知月月球球质质量量为为M、半半径径为为R，探探月月飞飞船船的的总总质质量量为为m月月球球表表面面的的重重力力加加速速度度为为g（1）求求飞飞船船在在距距月月球球表表面面H=200km高高的的环环月月轨轨道道运运行时的速度行时的速度v；（2）设设将将飞飞船船从从月月球球表表面面发发送送到到上上述述环环月月轨轨道道的的能能量量至至少少为为E有有同同学学提提出出了了一一种种计计算算此此能能量量E的的方方法法:根根据据，将将（1）中中的的v代代入入即即可可请请判判断断此此方方法法是是否否正正确确，并并说说明明理理由由如如不不正正确确，请请给给出出正正确确的的解解法法与与结结果果（不不计计飞飞船船质质量量的的变变化化及及其其他他天天体体的引力）的引力）D113.“嫦娥一号”卫星系列问题解：解：（1）探月飞船作圆周运动所需的向心力由月球对）探月飞船作圆周运动所需的向心力由月球对探月飞船的万有引力提供有探月飞船的万有引力提供有（2）不正确）不正确；因因探探月月飞飞船船从从月月球球表表面面发发送送到到H高高处处的的过过程程中中月月球球的的引力为变力，故克服引力所做的功不等于引力为变力，故克服引力所做的功不等于mgHD113.“嫦娥一号”卫星系列问题由引力势能定义可知探月飞船从月球表面发送到由引力势能定义可知探月飞船从月球表面发送到H处引力势能的改变量处引力势能的改变量整理后得整理后得由能量守恒定律可知，将探月飞船从月球表面发送由能量守恒定律可知，将探月飞船从月球表面发送到到H处所需的能量为处所需的能量为联立求解得联立求解得题目题目D113.“嫦娥一号”卫星系列问题问题问题13【问题【问题13】我国已在酒泉、太原、西昌建有卫星发射】我国已在酒泉、太原、西昌建有卫星发射场，目前拟在海南新建发射场。中国探月计划首席科场，目前拟在海南新建发射场。中国探月计划首席科学家欧阳自远指出，海南新发射场的建立将更有利于学家欧阳自远指出，海南新发射场的建立将更有利于我国深空探测的发展。请你说出海南发射场的优势？我国深空探测的发展。请你说出海南发射场的优势？（说出一条即可）（说出一条即可）答：答：1.1.海南纬度比较低，有利于火箭的发射，有助海南纬度比较低，有利于火箭的发射，有助于节省燃料。于节省燃料。2.飞行航区更安全飞行航区更安全,海南拥有广袤的无人居住的海洋海南拥有广袤的无人居住的海洋,这可以解决火箭飞行航区的安全问题，如火箭一这可以解决火箭飞行航区的安全问题，如火箭一级分解和二级分解后落进茫茫大海，可最大程度地级分解和二级分解后落进茫茫大海，可最大程度地降低落区的安全隐患，减少了人身财产损失。降低落区的安全隐患，减少了人身财产损失。D113.“嫦娥一号”卫星系列问题3.方便大型火箭运输方便大型火箭运输 从从运运输输条条件件上上看看，大大型型运运载载火火箭箭的的运运输输最最好好是是从从海海上上运运输输，不不受受运运输输过过程程中中高高度度、长长度度等等的的限限制制。据据了了解解，我我国国正正在在研研制制的的新新一一代代运运载载火火箭箭，为为增增大大运运载载能能力力把把直直径径加加大大到到了了5米米，这这样样的的尺尺度度靠靠火火车车运运输输到到三三大大内内陆发射场是不可能的。陆发射场是不可能的。4.有利发展深空探测有利发展深空探测中国探月计划首席科学家欧阳自远指出，海南新发中国探月计划首席科学家欧阳自远指出，海南新发射场的建立将更有利于我国深空探测的发展。射场的建立将更有利于我国深空探测的发展。D113.“嫦娥一号”卫星系列问题嫦娥一号卫星调相轨道示意图嫦娥一号卫星调相轨道示意图D113.“嫦娥一号”卫星系列问题