2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第7章 萬(wàn)有引力與宇宙航行 專(zhuān)題強(qiáng)化 衛(wèi)星變軌問(wèn)題和雙星問(wèn)題課件 新人教版必修第二冊(cè)

,專(zhuān)題強(qiáng)化衛(wèi)星變軌問(wèn)題和雙星問(wèn)題,第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行,1.會(huì)分析衛(wèi)星的變軌問(wèn)題，知道衛(wèi)星變軌的原因和變軌前后衛(wèi)星速度的變化.2.掌握雙星運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，會(huì)分析求解雙星運(yùn)動(dòng)的周期和角速度.,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.變軌問(wèn)題概述(1)穩(wěn)定運(yùn)行,人造衛(wèi)星的變軌問(wèn)題,一,(2)變軌運(yùn)行衛(wèi)星變軌時(shí)，先是線速度大小v發(fā)生變化導(dǎo)致需要的向心力發(fā)生變化，進(jìn)而使軌道半徑r發(fā)生變化.當(dāng)衛(wèi)星減速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力f向m減小，萬(wàn)有引力大于所需的向心力，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)，向低軌道變軌.當(dāng)衛(wèi)星加速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力f向m增大，萬(wàn)有引力不足以提供衛(wèi)星所需的向心力，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，向高軌道變軌.,2.實(shí)例分析(1)飛船對(duì)接問(wèn)題低軌道飛船與高軌道空間站對(duì)接時(shí)，讓飛船合理地加速，使飛船沿橢圓軌道做離心運(yùn)動(dòng)，追上高軌道空間站完成對(duì)接(如圖1甲所示).若飛船和空間站在同一軌道上，飛船加速時(shí)無(wú)法追上空間站，因?yàn)轱w船加速時(shí)，將做離心運(yùn)動(dòng)，從而離開(kāi)這個(gè)軌道.通常先使后面的飛船減速降低高度，再加速提升高度，通過(guò)適當(dāng)控制，使飛船追上空間站時(shí)恰好具有相同的速度，如圖乙所示.,圖1,(2)衛(wèi)星的發(fā)射、變軌問(wèn)題,圖2,例1(2019通許縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)期末)如圖3所示為衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再一次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于q點(diǎn)，軌道2、3相切于p點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法中正確的是a.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率b.衛(wèi)星在軌道3上的周期大于在軌道2上的周期c.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)q點(diǎn)時(shí)的速率大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)q點(diǎn)時(shí)的速率d.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)p點(diǎn)時(shí)的加速度小于它在軌道3上經(jīng)過(guò)p點(diǎn)時(shí)的加速度,圖3,解析衛(wèi)星在圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有：,因?yàn)閞1r3，所以v1v3，a項(xiàng)錯(cuò)誤；由開(kāi)普勒第三定律知t3t2，b項(xiàng)正確；在q點(diǎn)從軌道1到軌道2需要做離心運(yùn)動(dòng)，故需要加速，所以在q點(diǎn)v2qv1q，c項(xiàng)錯(cuò)誤；,總結(jié)提升,判斷衛(wèi)星變軌時(shí)速度、加速度變化情況的思路1.判斷衛(wèi)星在不同圓軌道的運(yùn)行速度大小時(shí)，可根據(jù)“越遠(yuǎn)越慢”的規(guī)律判斷.2.判斷衛(wèi)星在同一橢圓軌道上不同點(diǎn)的速度大小時(shí)，可根據(jù)開(kāi)普勒第二定律判斷，即離中心天體越遠(yuǎn)，速度越小.3.判斷衛(wèi)星由圓軌道進(jìn)入橢圓軌道或由橢圓軌道進(jìn)入圓軌道時(shí)的速度大小如何變化時(shí)，可根據(jù)離心運(yùn)動(dòng)或近心運(yùn)動(dòng)的條件進(jìn)行分析.,針對(duì)訓(xùn)練(多選)(2019定遠(yuǎn)育才實(shí)驗(yàn)學(xué)校期末)航天飛機(jī)在完成對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在a點(diǎn)從圓形軌道進(jìn)入橢圓軌道，b為軌道上的一點(diǎn)，如圖4所示.關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的有a.在軌道上經(jīng)過(guò)a的速度小于經(jīng)過(guò)b點(diǎn)的速度b.在軌道上經(jīng)過(guò)a的速度小于在軌道上經(jīng)過(guò)a的速度c.在軌道上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道上運(yùn)動(dòng)的周期d.在軌道上經(jīng)過(guò)a的加速度小于在軌道上經(jīng)過(guò)a的加速度,圖4,解析在軌道上由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，由開(kāi)普勒第二定律可知，經(jīng)過(guò)a的速度小于經(jīng)過(guò)b的速度，a正確；從軌道的a點(diǎn)進(jìn)入軌道需減速，使萬(wàn)有引力大于所需要的向心力，做近心運(yùn)動(dòng)，所以在軌道上經(jīng)過(guò)a的速度小于在軌道上經(jīng)過(guò)a的速度，b正確；,在軌道上和在軌道上通過(guò)a點(diǎn)時(shí)所受的萬(wàn)有引力相等，根據(jù)牛頓第二定律，加速度相等，d錯(cuò)誤.,1.雙星模型(1)如圖5所示，宇宙中有相距較近、質(zhì)量相差不大的兩個(gè)星球，它們離其他星球都較遠(yuǎn)，其他星球?qū)λ鼈兊娜f(wàn)有引力可以忽略不計(jì).在這種情況下，它們將圍繞其連線上的某一固定點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，通常，我們把這樣的兩個(gè)星球稱(chēng)為“雙星”.,雙星或多星問(wèn)題,二,圖5,(2)特點(diǎn)兩星圍繞它們之間連線上的某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩星的運(yùn)行周期、角速度相同.兩星的向心力大小相等，由它們間的萬(wàn)有引力提供.,兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1r2l，軌道半徑與兩星質(zhì)量成反比.,2.多星系統(tǒng)在宇宙中存在類(lèi)似于“雙星”的系統(tǒng)，如“三星”“四星”等多星系統(tǒng)，在多星系統(tǒng)中：(1)各個(gè)星體做圓周運(yùn)動(dòng)的周期、角速度相同.(2)某一星體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由其他星體對(duì)它引力的合力提供的.,例2兩個(gè)靠得很近的天體，離其他天體非常遙遠(yuǎn)，它們以其連線上某一點(diǎn)o為圓心各自做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩者的距離保持不變，科學(xué)家把這樣的兩個(gè)天體稱(chēng)為“雙星”，如圖6所示.已知雙星的質(zhì)量分別為m1和m2，它們之間的距離為l，引力常量為g，求雙星的運(yùn)行軌道半徑r1和r2及運(yùn)行周期t.,圖6,例3宇宙間存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的三星系統(tǒng)，其中有一種三星系統(tǒng)如圖7所示，三顆質(zhì)量均為m的星體位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三角形邊長(zhǎng)為l，忽略其他星體對(duì)它們的引力作用，三星在同一平面內(nèi)繞三角形中心o做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，引力常量為g，下列說(shuō)法正確的是a.每顆星做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為b.每顆星做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度大小與三星的質(zhì)量無(wú)關(guān)c.若距離l和每顆星的質(zhì)量m都變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則周期變?yōu)樵瓉?lái)的2倍d.若距離l和每顆星的質(zhì)量m都變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則線速度變?yōu)樵瓉?lái)的4倍,圖7,隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí),02,1.(衛(wèi)星變軌問(wèn)題)(2019啟東中學(xué)高一下學(xué)期期中)2019年春節(jié)期間，中國(guó)科幻電影里程碑的作品流浪地球熱播，影片中為了讓地球逃離太陽(yáng)系，人們?cè)诘厍蛏辖ㄔ焯卮蠊β拾l(fā)動(dòng)機(jī)，使地球完成一系列變軌操作，其逃離過(guò)程如圖8所示，地球在橢圓軌道上運(yùn)行到遠(yuǎn)日點(diǎn)b變軌，進(jìn)入圓形軌道.在圓形軌道上運(yùn)行到b點(diǎn)時(shí)再次加速變軌，從而最終擺脫太陽(yáng)束縛.對(duì)于該過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是a.沿軌道運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)時(shí)，需向前噴氣減速才能進(jìn)入軌道b.沿軌道運(yùn)行的周期小于沿軌道運(yùn)行的周期c.沿軌道運(yùn)行時(shí)，在a點(diǎn)的加速度小于在b點(diǎn)的加速度d.在軌道上由a點(diǎn)運(yùn)行到b點(diǎn)的過(guò)程，速度逐漸增大,1,2,3,4,圖8,2.(衛(wèi)星、飛船的對(duì)接問(wèn)題)如圖9所示，我國(guó)發(fā)射的“神舟十一號(hào)”飛船和“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室于2016年10月19日自動(dòng)交會(huì)對(duì)接成功.假設(shè)對(duì)接前“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，下列措施可行的是a.使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接b.使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接c.飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室軌道半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接d.飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室軌道半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接,1,2,3,4,圖9,解析飛船在同一軌道上加速追趕空間實(shí)驗(yàn)室時(shí)，速度增大，所需向心力大于萬(wàn)有引力，飛船將做離心運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上減速等待飛船時(shí)，速度減小，所需向心力小于萬(wàn)有引力，空間實(shí)驗(yàn)室將做近心運(yùn)動(dòng)，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；當(dāng)飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速時(shí)，飛船將做離心運(yùn)動(dòng)，逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)c正確；當(dāng)飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速時(shí)，飛船將做近心運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離空間實(shí)驗(yàn)室，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)d錯(cuò)誤.,1,2,3,4,3.(雙星問(wèn)題)冥王星與其附近的另一星體卡戎可視為雙星系統(tǒng)，冥王星與星體卡戎的質(zhì)量之比約為71，同時(shí)繞它們連線上某點(diǎn)o做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由此可知，冥王星繞o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的a.軌道半徑約為卡戎的b.角速度約為卡戎的c.線速度大小約為卡戎的7倍d.向心力大小約為卡戎的7倍,1,2,3,4,解析雙星系統(tǒng)內(nèi)的兩顆星運(yùn)動(dòng)的角速度相等，b錯(cuò)誤；雙星的向心力為二者間的萬(wàn)有引力，所以向心力大小相等，d錯(cuò)誤；,4.(雙星問(wèn)題)(多選)宇宙中兩