两次引力弹弓演示

实验目的

了解连续两次引力弹弓的过程，理解探测器速度变化与天体运动的关系。

实验原理

在行星参考系中，探测器飞近又飞远，万有引力是保守力，进出时速率相等，只是方向改变。换回太阳参考系，需加上行星自身的速度。适当方向飞越时，探测器的速率增大，能量来自行星的轨道运动，行星速度变化极小。两次借力的效果可以累积。

实验器材

• 探测器
• 第一个被飞掠天体
• 第二个被飞掠天体
• 天体的运动方向
• 探测器的轨迹
• 速度变化（观察量）

实验步骤

1. 观察探测器和两个天体的初始位置及运动方向。
2. 启动演示，观察探测器接近第一个天体并被其引力偏转。
3. 记录第一次飞越前后探测器速度的大小和方向。
4. 继续观察探测器飞向第二个天体，并完成第二次飞越。
5. 比较两次飞越前后速度的变化，说明两次借力的累积效果。

实验现象与结论

探测器每次飞掠天体，轨迹都会弯曲，速度的方向发生改变；按演示中的方式飞越时，相对于太阳等中心参考系，速度大小增大。两次借力后探测器获得的速度变化比一次更大。

注意事项

• 比较速度时必须说明所选参考系。
• 引力弹弓不违反能量守恒，能量来自天体运动。

常见问题

引力弹弓增加的动能从哪里来？

来自被飞掠天体的轨道运动。天体质量极大，减少的动能很少，速度变化几乎可忽略。

为什么要连续借力两次？

每次借力都能改变速度，多次借力可累积，使探测器获得更大的速度变化或更合适的飞行方向。