新教材高中物理第4章万有引力定律及航天拓展课天体运动中的三类典型问题课件鲁科版必 23页

拓展课　天体运动中的三类典型问题 人造卫星的发射、变轨问题 核心要点 [ 要点归纳 ] 1. 卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示。 (1) 为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道 Ⅰ 上。 (2) 在 A 点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道 Ⅱ 。 (3) 在 B 点 ( 远地点 ) 再次点火加速进入圆形轨道 Ⅲ 。 2. 三个运行物理量的大小比较 [ 经典示例 ] [ 例 1] 我国正在进行的探月工程是高新技术领域的一次重大科技活动，在探月工程中飞行器成功变轨至关重要。如图所示，假设月球半径为 R ，月球表面的重力加速度为 g 0 ，飞行器在距月球表面高度为 3 R 的圆形轨道 Ⅰ 上运动，到达轨道的 A 点点火变轨进入椭圆轨道 Ⅱ ，到达轨道的近月点 B 再次点火进入近月轨道 Ⅲ 绕月球做圆周运动，则 ( 　　 ) 答案 　 D [ 针对训练 1] ( 多选 ) 2016 年中国发射了 “ 天宫二号 ” 空间实验室，并发射 “ 神舟十一号 ” 载人飞船和 “ 天舟一号 ” 货运飞船，与 “ 天宫二号 ” 交会对接。 “ 天宫二号 ” 由 “ 长征二号 F ” 改进型无人运载火箭从酒泉卫星发射中心发射升空，由长征运载火箭将飞船送入近地点为 A 、远地点为 B 的椭圆轨道上， B 点距离地面的高度为 h ，地球的中心位于椭圆的一个焦点上。 “ 天宫二号 ” 飞行几周后进行变轨进入预定圆轨道，如图所示。已知 “ 天宫二号 ” 在预定圆轨道上飞行 n 圈所用时间为 t ，引力常量为 G ，地球半径为 R 。则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. “ 天宫二号 ” 从 B 点沿椭圆轨道向 A 点运行的过程中，引力为动力 B. “ 天宫二号 ” 在椭圆轨道的 B 点的加速度大于在预定圆轨道上 B 点的向心加速度 C. “ 天宫二号 ” 在椭圆轨道的 B 点的速度大于在预定圆轨道上的 B 点的速度 D. 根据题目所给信息，可以计算出地球质量 答案 　 AD 同步卫星、近地卫星、赤道上物体物理量的比较 [ 要点归纳 ] 1 . 相同点 (1) 都以地心为圆心做匀速圆周运动。 (2) 同步卫星与赤道上的物体具有相同的角速度。 2 . 不同点 核心要点 (2) 向心加速度不同 [ 经典示例 ] [ 例 2] ( 多选 ) 地球同步卫星离地心的距离为 r ，运行速率为 v 1 ，加速度为 a 1 ，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a 2 ，地球的第一宇宙速度为 v 2 ，半径为 R ，则下列比例关系中正确的是 ( 　　 ) 答案　 AD [ 针对训练 2] 地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，向心力为 F 1 ，向心加速度为 a 1 ，线速度为 v 1 ，角速度为 ω 1 ；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星 ( 高度忽略 ) 的向心力为 F 2 ，向心加速度为 a 2 ，线速度为 v 2 ，角速度为 ω 2 ；地球同步卫星的向心力为 F 3 ，向心加速度为 a 3 ，线速度为 v 3 ，角速度为 ω 3 。地球表面重力加速度为 g ，第一宇宙速度为 v ，假设三者质量相等，则 ( 　　 ) A. F 1 ＝ F 2 ＞ F 3 B. a 1 ＝ a 2 ＝ g ＞ a 3 C. v 1 ＝ v 2 ＝ v ＞ v 3 D. ω 1 ＝ ω 3 ＜ ω 2 答案　 D 方法总结 处理这类题目的关键是受力分析，抓住随地球自转物体与卫星在向心力的具体来源上的差异。切忌不考虑实际情况、生搬硬套 F 向 ＝ F 引 及其有关结论。 [ 要点归纳 ] 1. 双星 ：两个离得比较近的天体，在彼此间的引力作用下绕两者连线上的一点做圆周运动，这样的两颗星组成的系统称为双星。 双星问题 核心要点 2. 双星问题的特点 (1) 两星的运动轨道为同心圆，圆心在它们之间的连线上。 (2) 两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供。 (3) 两星的运动周期、角速度相同。 (4) 两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即 r 1 ＋ r 2 ＝ L 。 [ 经典示例 ] [ 例 3] 2017 年 6 月 15 日，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射硬 X 射线调制望远镜卫星 “ 慧眼 ” 。在利用 “ 慧眼 ” 观测美丽的银河系时，若发现某双黑洞间的距离为 L ，只在彼此之间的万有引力作用下做匀速圆周运动，其运动周期为 T ，引力常量为 G ，则双黑洞总质量为 ( 　　 ) 答案 　 A [ 针对训练 3] ( 多选 ) 冥王星与其附近的星体卡戎可视为双星系统，质量之比约为 7 ∶ 1 ，同时绕它们连线上某点 O 做匀速圆周运动。由此可知卡戎绕 O 点运动的 ( 　　 ) 答案 　 CD