嫦娥一号的成功发射 从“嫦娥一号”的成功发射来看以此为背景的高考题
时间：2018-12-24 03:19:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 2007年10月24日我国成功发射了嫦娥一号卫星探测器，前后共经历4次主要的变轨。围绕我国探月卫星的发射在前两年的高考中已经有所体现，今后也将继续出现，文中对06、07两年直接提到“嫦娥一号”字眼的高考题进行了探讨，以期与大家共同讨论。
关键词： 嫦娥一号 发射 高考
一、以“嫦娥一号”的发射方法为背景命题
目前，国际上把月球探测卫星从地面发射到月球有多种方式，常用的有4种类型：第1种是用运载火箭先将月球探测卫星送入近地球的圆轨道上，星箭分离后，靠月球探测卫星自行加速到入口速度10.6公里/秒，进入地月转移轨道到达月球；第2种是用运载火箭将月球探测卫星送入环地球飞行的大椭圆轨道，星箭分离后，通过月球探测卫星在椭圆轨道的近地点处加速到入口速度10.6公里/秒，进入地月转移轨道，最终到达月球；第3种是用运载火箭把月球探测卫星加速到10.6公里/秒，直接送入地月转移轨道，星箭分离后，卫星飞向月球；第4种是用运载火箭直接将月球探测卫星送入地月引力平衡点处，星箭分离后，卫星在地月引力平衡点处加速进入月球轨道。根据嫦娥一号卫星的使命和性能，以及我国现有运载火箭的能力，经过精确的分析和计算，为了用最小的代价实现奔月过程，嫦娥一号卫星选择了第2种轨道飞行方式。 2007年全国卷Ⅱ选择题20即以第3、4两种发射类型来命题考查学生运用功能关系来分析求解实际问题的能力。原题为：
（2007年全国卷Ⅱ）假定地球、月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线向月球发射一探测器，假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用 w 表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功，用E 表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则（?摇?摇）。
A. E 必须大于或等于w，探测器才能到达月球
B. E 小于w，探测器也可能到达月球
C. E =w/2，探测器一定能到达月球
D. E =w/2，探测器一定不能到达月球
分析求解过程如下：探测器在地球表面附近脱离火箭后获得E 的动能。探测器从地球表面处飞到月球的过程中克服地球引力所做的功为w，设地、月连线间的距离为r，在地、月连线间存在一个使探测器合外力为零的位置O，由万有引力定律，有：G =G 。
故探测器在地球表面附近脱离火箭后获得E 的动能。只要能到达合外力为零的位置O处，则往后可依靠月球对探测器的引力作功飞抵月球，而探测器从地球表面处飞到月球的过程中克服地球引力所做的功w中包含有从O点处到月球这一段距离克服地球引力所做的功，其实探测器只要能飞抵图中O点处就可实现到达月球。
∴A选项错误，B选项正确。
由万有引力定律可知，地球对探测器的引力与它们之间的距离的平方成反比，故地球对探测器的引力是变力，越靠近地球附近越大，越远离地球越小，当探测器的动能E =w/2时，探测器连地、月连线的中点都不能到达，更不可能到达图中的O点处。∴C选项错误，D选项正确。
二、以“嫦娥一号”的后续工程为背景来命题
中国的探月工程将分“绕、落、回”三期进行，目前第一期工程已经开始实施。“绕”是中国探月工程的第一期，即环绕月球进行不接触月表探察，时间是从现在开始到2007年；“落”是着月探测，亦是中国探月工程的第二期，时间是2005年至2012年；第三期“回”的时间是2010年至2017年，主要工作是在月球表面着陆，并采样返回。2007年全国卷Ⅲ第17题即以此为背景来考查学生综合分析求解问题的能力。原题为：
（07全国Ⅲ）我国探月的“嫦娥工程”已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度均匀、半径为r的球体，则月球的密度为（?摇?摇）。
分析及求解过程如下：月球表面上质量为M′的物体所受的万有引力近似等于其重力，
故有：G Bm′g ?圯g=G ，由单摆的周期公式：
三、以“嫦娥1号”的绕月轨道为背景来命题
嫦娥一号卫星的接近月球后经过3次减速，使卫星保持在约1.6公里/秒的速度，进入到周期为127分钟，轨道高度为200±25千米的圆形的工作轨道。卫星在此轨道运行1年时间，完成月球科学探测任务。2006全国I第16题即以此为背景来命题，原题为：
（2006全国I）我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（?摇?摇）。
A. 0.4 km/s B. 1.8 km/s C. 1.1 km/s D.36 km/s
分析及求解过成如下：若“嫦娥1号”卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，设卫星质量为m′，有：
由此即可解得正确答案为B。
四、嫦娥一号卫星发射后的4次主要的变轨
“嫦娥一号”首先进入一条近地点为200公里,远地点51000公里的大椭圆轨道，即超地球同步转移轨道。“嫦娥一号”采用了一个在地球轨道3次近地点加速的轨道调整方案，即采用调相轨道，使嫦娥一号卫星轨道由近地点高度200公里，远地点高度51000公里的轨道，调整到近地点高度600公里，远地点高度变为约38万公里的地月转移轨道。下面给出一道题供大家练习。
练习题：发射地球同步卫星时，可认为先将卫星发射至距地面高度为h1的圆形近地轨道上，在卫星经过A点时点火（喷气发动机工作）实施变轨进入椭圆轨道，椭圆轨道的近地点为A，远地点为B。在卫星沿椭圆轨道运动经过B点再次点火实施变轨，将卫星送入同步轨道（远地点B在同步轨道上），如图所示。两次点火过程都是使卫星沿切向方向加速，并且点火时间很短。已知同步卫星的运动周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，求：
（1）卫星在近地圆形轨道运行接近A点时的加速度大小；
（2）当卫星在同步轨道及椭圆轨道上经过同一点B时（ ）。
A.具有相同的重力加速度
B.受到相同的地球引力
C.在同步轨道上的重力加速度大于在椭圆轨道上的重力加速度
D.在同步轨道上卫星的引力势能大于在椭圆轨道上的引力势能
答案为：（1）a= g；（2）A、B。
参考文献：
［1］M-物理――第一册，人民教育出版社物理室，2002.
［2］M-谢础《航空航天技术概论》.北京航空航天大学出版社，ISBN：781077637.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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