人教版高中物理必修二 （專題強(qiáng)化 衛(wèi)星變軌問題和雙星問題）萬有引力與宇宙航行教師教學(xué)課件

專題強(qiáng)化衛(wèi)星變軌問題和雙星問題第七章萬有引力與宇宙航行

1.會(huì)分析衛(wèi)星的變軌問題，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)探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)011.變軌問題概述(1)穩(wěn)定運(yùn)行人造衛(wèi)星的變軌問題一(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.①當(dāng)衛(wèi)星減速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m減小，萬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.②當(dāng)衛(wèi)星加速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m增大，萬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)飛船對接問題①低軌道飛船與高軌道空間站對接時(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接(如圖1甲所示).②若飛船和空間站在同一軌道上，飛船加速時(shí)無法追上空間站，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Q點(diǎn)時(shí)的速率大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速率D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度小于它在軌道3上經(jīng)過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1＜r3，所以v1＞v3，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由開普勒第三定律知T3>T2，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)v2Q>v1Q，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)在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)，如圖4所示.關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的有A.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B點(diǎn)的速度B.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的速度C.在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度圖4√√√解析在軌道Ⅱ上由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，由開普勒第二定律可知，經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度，A正確；從軌道Ⅰ的A點(diǎn)進(jìn)入軌道Ⅱ需減速，使萬有引力大于所需要的向心力，做近心運(yùn)動(dòng)，所以在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的速度，B正確；在軌道Ⅱ上和在軌道Ⅰ上通過A點(diǎn)時(shí)所受的萬有引力相等，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)星球稱為“雙星”.雙星或多星問題二圖5(2)特點(diǎn)①兩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.②兩星的向心力大小相等，由它們間的萬有引力提供.③兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1＋r2＝L，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)，三角形邊長為L，忽略其他星體對它們的引力作用，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)量無關(guān)C.若距離L和每顆星的質(zhì)量m都變?yōu)樵瓉淼?倍，則周期變?yōu)?/p>

原來的2倍D.若距離L和每顆星的質(zhì)量m都變?yōu)樵瓉淼?倍，則線速度變?yōu)樵瓉淼?倍圖7√隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)021.(衛(wèi)星變軌問題)(2019·啟東中學(xué)高一下學(xué)期期中)2019年春節(jié)期間，中國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系，人們在地球上建造特大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，使地球完成一系列變軌操作，其逃離過程如圖8所示，地球在橢圓軌道Ⅰ上運(yùn)行到遠(yuǎn)日點(diǎn)B變軌，進(jìn)入圓形軌道Ⅱ.在圓形軌道Ⅱ上運(yùn)行到B點(diǎn)時(shí)再次加速變軌，從而最終擺脫太陽束縛.對于該過程，下列說法正確的是A.沿軌道Ⅰ運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)，需向前噴氣減速才能進(jìn)入軌道ⅡB.沿軌道Ⅰ運(yùn)行的周期小于沿軌道Ⅱ運(yùn)行的周期C.沿軌道Ⅰ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Ⅰ上由A點(diǎn)運(yùn)行到B點(diǎn)的過程，速度逐漸增大1234√圖82.(衛(wèi)星、飛船的對接問題)如圖9所示，我國發(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)對接成功.假設(shè)對接前“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)對接1234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)對接，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.12343.(雙星問題)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7∶1，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1234√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有引力，所以向心力大小相等，D錯(cuò)誤；4.(雙星問題)(多選)宇宙中兩顆相距很近的恒星常常組成一個(gè)雙星系統(tǒng).它們以相互間的萬有引力彼此提供向心力，從而使它們繞著某一共同的圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若已知某雙星系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T，兩星到共同圓心的距離分別為R1和R2，引力常量為G，那么下列說法正確的是A.這兩顆恒星的質(zhì)量必定相等1234C.這兩顆恒星的質(zhì)量之比m1∶m2＝R2∶R1√√√1234專題強(qiáng)化小船渡河與關(guān)聯(lián)速度問題第五章拋體運(yùn)動(dòng)

1.能利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識(shí)，分析小船渡河問題和關(guān)聯(lián)速度問題.2.建立兩種模型的一般分析思路和解法.學(xué)習(xí)目標(biāo)探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)011.運(yùn)動(dòng)分析小船渡河時(shí)，同時(shí)參與了兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)：一個(gè)是船相對水的運(yùn)動(dòng)(即船在靜水中的運(yùn)動(dòng))，一個(gè)是船隨水漂流的運(yùn)動(dòng).2.兩類常見問題(1)渡河時(shí)間問題小船渡河問題一圖1圖2(2)最短位移問題①若v水<v船，最短的位移為河寬d，船頭與上游河岸夾角滿足v船cosθ＝v水，如圖2甲所示.例1

(多選)(2019·宜賓市高一質(zhì)檢)如圖3所示為長江一段平行江道，一輪船的船頭始終垂直指向江岸方向，輪船在靜水中運(yùn)動(dòng)的速度保持不變，水勻速流動(dòng)(假設(shè)整個(gè)江道水流速度相同)，下列說法正確的是A.水流速度越大，輪船行駛位移越大B.水流速度增大，輪船行駛位移不變C.水流速度越大，過江時(shí)間越短D.水流速度增大，過江時(shí)間不變圖3√√解析因?yàn)榇怪庇诮斗较虻乃俣炔蛔?，而水流方向是垂直于這個(gè)方向的，在這個(gè)方向上沒有分速度，設(shè)江道寬為d，船垂直于江岸的速度為v，t＝

，所以不論水速多大，船過江時(shí)間不變，故C錯(cuò)誤，D正確.若水速越大，相同時(shí)間內(nèi)沿水速方向的位移就越大，船在水中運(yùn)動(dòng)的總位移也就越大，故B錯(cuò)誤，A正確.例2已知某船在靜水中的速度為v1＝5m/s，現(xiàn)讓船渡過某條河，假設(shè)這條河的兩岸是理想的平行線，河寬為d＝100m，水流速度為v2＝3m/s，方向與河岸平行，(1)欲使船以最短時(shí)間渡河，渡河所用時(shí)間是多少？位移的大小是多少；(2)欲使船以最小位移渡河，渡河所用時(shí)間是多少？答案25s(3)若水流速度為v2′＝6m/s，船在靜水中的速度為v1＝5m/s不變，船能否垂直河岸渡河？答案不能解析當(dāng)水流速度v2′＝6m/s時(shí)，則水流速度大于船在靜水中的速度v1＝5m/s，不論v1方向如何，其合速度方向總是偏向下游，故不能垂直河岸渡河.特別提醒1.要使船垂直于河岸橫渡，即路程最短，應(yīng)使v船在水流方向的分速度和水流速度等大、反向，這種情況只適用于v船>v水時(shí).2.要使船渡河時(shí)間最短，船頭應(yīng)垂直指向河對岸，即v船與水流方向垂直.3.要區(qū)別船速v船及船的合運(yùn)動(dòng)速度v合，前者是發(fā)動(dòng)機(jī)(或劃行)產(chǎn)生的分速度，后者是合速度.針對訓(xùn)練1

(2018·瀘州市高一檢測)一艘船的船頭始終正對河岸方向行駛，如圖4所示.已知船在靜水中行駛的速度為v1，水流速度為v2，河寬為d.則下列判斷正確的是圖4√關(guān)聯(lián)速度分解問題是指物體拉繩(桿)或繩(桿)拉物體的問題(下面為了方便，統(tǒng)一說“繩”)：(1)物體的實(shí)際速度一定是合速度，分解時(shí)兩個(gè)分速度方向應(yīng)取沿繩方向和垂直繩方向.(2)由于繩不可伸長，一根繩兩端物體沿繩方向的速度分量大小相等.關(guān)聯(lián)速度問題二(3)常見的速度分解模型(如圖5)圖5例3

(多選)如圖6所示，人在岸上用跨過定滑輪的繩子拉船，已知船的質(zhì)量為m，水的阻力恒為Ff，當(dāng)輕繩與水面的夾角為θ時(shí)，船的速度為v，人的拉力大小為F，則此時(shí)A.人拉繩行走的速度大小為vcosθ圖6√√解析船的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了兩個(gè)效果：一是使滑輪與船間的繩縮短，二是使滑輪與船間的繩偏轉(zhuǎn)，因此將船的速度按如圖所示(沿繩方向與垂直于繩方向)方式進(jìn)行分解，人拉繩行走的速度大小v人＝v∥＝vcosθ，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；針對訓(xùn)練2

(2019·鶴壁市期末)如圖7所示，物體A套在豎直桿上，經(jīng)細(xì)繩通過定滑輪拉動(dòng)物體B在水平面上運(yùn)動(dòng)，開始時(shí)A、B間的細(xì)繩呈水平狀態(tài)，現(xiàn)由計(jì)算機(jī)控制物體A的運(yùn)動(dòng)，使其恰好以速度v沿桿勻速下滑(B始終未與滑輪相碰)，則A.繩與桿的夾角為α?xí)r，B的速率為vsinαB.繩與桿的夾角為α?xí)r，B的速率為vcosαC.物體B也做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.物體B做勻加速直線運(yùn)動(dòng)圖7√解析如圖所示，將A物體的速度按圖示兩個(gè)方向分解，繩子速率v繩＝v∥＝vcosα；而繩子速率等于物體B的速率，則物體B的速率vB＝v繩＝vcosα，故A錯(cuò)誤，B正確；因物體A向下運(yùn)動(dòng)的過程中α減小，則cosα增大，vB增大，B物體加速運(yùn)動(dòng)，但不是勻加速運(yùn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)誤.隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)021.(小船渡河模型)(多選)下列圖中實(shí)線為河岸，河水的流動(dòng)方向如圖中v的箭頭所示，虛線為小船從河岸M駛向?qū)Π禢的實(shí)際航線.則其中可能正確的是解析小船渡河的運(yùn)動(dòng)可看成水流的運(yùn)動(dòng)和小船運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).虛線為小船從河岸M駛向?qū)Π禢的實(shí)際航線，即合速度的方向，小船合運(yùn)動(dòng)的速度方向就是其實(shí)際運(yùn)動(dòng)的方向，分析可知，實(shí)際航線可能正確的是A、B.1234√√2.(小船渡河模型)(多選)河水的流速與某河岸的距離的變化關(guān)系如圖