关于航天飞行器发射速度的辨析.pdf

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1、2012年第12期物理通报物理问题讨论关于航天飞行器发射速度的辨析丁佐建(常州市第一中学江苏常州213000)(收稿日期：2012—05—02)速度”恰恰是一个不存在的概念．1问题的提出2航天飞行器发射的大致过程人教版高中《物理·必修2》第六章第5节“宇宙速度”中有一段关于航虽然人类可以在较短距离、较短时间内将子弹天飞行器发射速度的论或炮弹等高速发射出去，但目前还不具备在类似的述：“在地面附近发射飞行短距离、短时间内将几吨重甚至更重的飞行器加速器，若发射速度大于7．9到大于7．9km／s速度的能力；其次，如果

2、要在短距km／s，而小于11．2km／s，离、短时间内加速到如此大的速度，就需要对飞行器它绕地球运行的轨迹就不施加极大的作用力，这种作用力对飞行器来说可能v>7．9km／s是圆，而是椭圆，同时配有是毁灭性的；更重要的是，即使人类有能力在不损害图1关于发射速度和对应轨迹飞行器的前提下将飞行器如发射子弹般加速到7．9的图形(图1)．此说法在人教版教材中已经延续了km／s之上，但由于在地表附近有稠密的大气，高速几十年未做变动，在各种级别的考试中也经常会出运动的飞行器会与大气剧烈摩擦发热，可能会烧毁现相关的考题．但笔

3、者认为以上表述会给学生的理飞行器，同时将会消耗大量宝贵的航天能量．解带来不少疑惑，有商榷的余地．其实，大家对实际的发射过程还是比较了解的．首先，观察飞行器的实际发射过程，很容易发火箭首先在地表附近缓慢加速，减小空气摩擦，在一现，在发射初始阶段的相当长一段时间内，飞行器的定高度后远离了稠密的大气，相继甩掉多节加速火速度并不是很大，而是远小于第一宇宙速度7．9箭和整流罩，减小质量以不断加速，达到人轨所需的km／s，上述说法为什么与现实有如此大的出入?其速度．也就是说，飞行器的发射是一个相对较长的过次，圆形轨道上运

4、行时，速度是小于第一宇宙速度程，是一个速度逐渐变大的过程，并非牛顿当年想像的，发射速度大于7．9km／s小于11．2km／s，在上的在山顶以一定的速度将物体抛出，“如果速度足够升的过程中动能向势能转化，速度变小，有没有可能大，物体就不再落回地面”而变为与月亮一样的地速度小于第一宇宙速度7．9km／s而做圆周运动球卫星．呢?再次，什么样的发射速度，会使飞行器做圆周运综上所述，在飞行器的实际发射过程中，并不存动呢?难道是发射速度小于7．9km／s吗?答案一在所谓的“发射速度”．定是否定的．最后，根据教材中的论述和

5、图形，在不3决定轨道种类的因素少中学物理教学资料和习题中，往往将第一宇宙速度理解为“飞行器发射的最小速度”，“飞行器在轨运飞行器在停止点火后的轨道一定是圆锥曲线类行的最大速度”，这样的说法正确吗?轨道(圆、椭圆、抛物线、双曲线)，那么，是什么因素为什么会产生上述种种疑惑呢?原因就出在对决定了轨道的种类呢?答案很肯定，即人轨速度的飞行器人为地设定了“发射速度”的概念，而“发射大小和方向．作者简介：丁佐建(1971一)，男，中教高级，主要从事中学物理教学及研究一98—2012年第12期物理通报物理问题讨论假设飞行

6、器到达某点并停止点火，且速度方向动，在轨速度一定小于第一宇宙速度．如果飞行器做与它到地心的连线垂直，如果万有引力正好充当圆椭圆运动，在轨速度大小与位置有关，近地点速度比周运动的向心力，飞行器做圆周运动；如果万有引力远地点大，但一定比第二宇宙速度小，可能大于也可不足以充当向心力，则以此点为近地点，地球球心为能小于第一宇宙速度．而远地点速度一定小于第一焦点，根据速度大小从而决定轨迹是椭圆、抛物线还宇宙速度．如果轨迹是抛物线或双曲线，在近地点速是双曲线；如果万有引力大于所需的向心力，则以此度大小与近地点的位置有关，

7、在向外远离地球的过点为远地点，地球球心为焦点做椭圆运动．如果飞行程中速度变小．器在某点速度与它到地心的连线不垂直，轨道一定4建议和看法不是圆形，根据速度大小决定轨道可能是椭圆、抛物线、双曲线．如果飞行器的火箭还在点火，情况更为教材所述情况是在没有空气阻力情况下，使飞复杂．行器在地球赤道上瞬间获得速度(像发射子弹一要使飞行器能在某一预设的轨道上运行，要做样)，并停止火箭后续的加速，且速度方向为地球的到一次性精确人轨是比较困难的，需要利用飞行器切线方向，其轨道才是图示的几种情况．在上述条件携带的小火箭(与发射飞行

8、器的火箭相区别)不断下，如果将飞行器在地表附近一次性发射出去(除第调整速度的大小和方向以及飞行的状态，才可能使一宇宙速度外)，飞行器的轨道永远不可能是圆．其运行在预设轨道上，并根据后续的运动情况不断由于教材所述的发射方式与实际的发射过程完进行轨道调整和维护．全不相符合，建议教材删除有关“发射速度”的说反之，飞行器在轨道上稳定运行后(停止点火)，法，改为“人轨速度”，同时，将各类中学物理教参、习其速度