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高考物理總復(fù)習(xí)課件第四章
曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力定律專(zhuān)題三天體運(yùn)動(dòng)突破專(zhuān)題突破1近地衛(wèi)星、赤道上的物體及同步衛(wèi)星的比較1.同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”.
2.近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星,其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地球的半徑,其運(yùn)行線(xiàn)速度約為7.9km/s,運(yùn)行周期約為85min.環(huán)繞體近地衛(wèi)星(r1、ω1、v1、a1)同步衛(wèi)星(r2、ω2、v2、a2)赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體(r3、ω3、v3、a3)向心力萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力的一個(gè)分力線(xiàn)速度由
v=rω
得
v2>v3v1>v2>v33.近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體的三種勻速圓周運(yùn)動(dòng)的比較.環(huán)繞體近地衛(wèi)星(r1、ω1、v1、a1)同步衛(wèi)星(r2、ω2、v2、a2)赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體(r3、ω3、v3、a3)向心加速度由
a=ω2r得
a2>a3a1>a2>a3軌道半徑r2>r3=r1(續(xù)表)環(huán)繞體近地衛(wèi)星(r1、ω1、v1、a1)同步衛(wèi)星(r2、ω2、v2、a2)赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體(r3、ω3、v3、a3)角速度ω1>ω2同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同,故
ω2=ω3ω1>ω2=ω3(續(xù)表)
【典題1】(2022
年廣東茂名二模)如圖Z3-1所示,a為地球赤道上的物體,隨地球表面一起轉(zhuǎn)動(dòng),b為近地軌道衛(wèi)星,c為同步軌道衛(wèi)星,d為高空探測(cè)衛(wèi)星.若a、b、c、d繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相)同,且均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng).則下列說(shuō)法正確的是(
圖Z3-1A.a的加速度最大C.c的周期最大
B.b的線(xiàn)速度最大D.d的角速度最大
解析:對(duì)a和c,同步衛(wèi)星的周期必須與地球自轉(zhuǎn)周期相同,角速度相同,則知a和c的角速度相同,根據(jù)a=ω2r知,c的向半徑小的線(xiàn)速度大,所以b的線(xiàn)速度最大,根據(jù)v=rω可知c的線(xiàn)半徑越大,周期越大,所以d的運(yùn)動(dòng)周期大于b、c的周期,c的周期等于a的周期,故d的周期是最大的,角速度與周期成反比,則d的角速度最小,C、D錯(cuò)誤.答案:B
突破2衛(wèi)星的變軌問(wèn)題
1.衛(wèi)星軌道的漸變:當(dāng)衛(wèi)星由于某種原因,速度逐漸改變時(shí),萬(wàn)有引力不再等于向心力,衛(wèi)星將變軌運(yùn)行.
2.衛(wèi)星軌道的突變:由于技術(shù)上的需要,有時(shí)要在適當(dāng)?shù)奈恢枚虝r(shí)間內(nèi)啟動(dòng)飛行器上的發(fā)動(dòng)機(jī),使飛行器軌道發(fā)生突變,使其進(jìn)入預(yù)定的軌道.如圖Z3-2所示,發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí),可以分多過(guò)程完成:圖Z3-2(1)先將衛(wèi)星送到近地軌道Ⅰ.
(2)使其繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速率為v1,變軌時(shí)在P點(diǎn)點(diǎn)火加速,短時(shí)間內(nèi)將速率由v1
增加到v2,使衛(wèi)星進(jìn)入橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ.
(3)衛(wèi)星運(yùn)行到遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率為v3,此時(shí)進(jìn)行第二次點(diǎn)火加速,在短時(shí)間內(nèi)將速率由v3
增加到v4,使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道Ⅲ,繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).
【典題2】(2023
年安徽合肥月考)2023年1月21日,“神舟十五號(hào)”內(nèi)3名航天員在400km高的空間站向全國(guó)人民送上新春祝福,空間站的運(yùn)行軌道可近似看作圓形軌道Ⅰ,設(shè)地球表面重力加速度為g,地球半徑為R,橢圓軌道Ⅱ?yàn)檩d人飛船運(yùn)行軌道,)兩軌道相切于A點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是(
圖Z3-3A.載人飛船在軌道Ⅰ通過(guò)A點(diǎn)的速度大于在軌道Ⅱ通過(guò)B點(diǎn)的速度B.載人飛船在A點(diǎn)的加速度大于在B點(diǎn)的加速度C.空間站在軌道Ⅰ上的速度小于D.載人飛船沿軌道Ⅰ和軌道Ⅱ運(yùn)行時(shí),在相同時(shí)間內(nèi)與地球連線(xiàn)掃過(guò)的面積相等答案:C
突破3天體的追及問(wèn)題
“天體相遇”,指兩天體相距最近.若兩環(huán)繞天體的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道在同一平面內(nèi),則兩環(huán)繞天體與中心天體在同一直線(xiàn)上,且位于中心天體的同側(cè)(或異側(cè))時(shí)相距最近(或最遠(yuǎn)),類(lèi)似于在田徑場(chǎng)賽道上的循環(huán)長(zhǎng)跑比賽,跑得快的每隔一段時(shí)間多跑一圈追上并超過(guò)跑得慢的,如圖Z3-4所示.解決這類(lèi)問(wèn)題有兩種常用方法:圖Z3-41.角度關(guān)系.設(shè)天體1(離中心近些)與天體2某時(shí)刻相距最近,如果經(jīng)過(guò)時(shí)間t,兩天體與中心連線(xiàn)半徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度之差(或和)等于2π的整數(shù)倍,則兩天體又相距最近,即ω1t-ω2t=2nπ(n=1,2,3,…)(同向)或
ω1t+ω2t=2nπ(n=1,2,3,…)(反向);如果經(jīng)過(guò)時(shí)間
t′,兩天體與中心連線(xiàn)半徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度之差(或和)等于π的奇數(shù)倍,則兩天體又相距最遠(yuǎn),即ω1t′-ω2t′=(2n-1)π(n=1,2,3,…)(同向)或
ω1t′+ω2t′=(2n-1)π(n=1,2,3,…)(反向).
2.圈數(shù)關(guān)系.
【典題3】如圖Z3-5所示,有A、B兩顆行星繞同一顆質(zhì)量為M的恒星做圓周運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)方向相同,A行星的周期為T(mén)1,B行星的周期為T(mén)2,在某一時(shí)刻兩行星相距最近,則:(1)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間,兩行星再次相距最近?(2)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間,兩行星第一次相距最遠(yuǎn)?圖Z3-5解:A、B兩顆行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由萬(wàn)有引力提供向心力,一周時(shí),B還沒(méi)有運(yùn)動(dòng)完一周,但是要它們相距最近,只有A、B兩行星和恒星的連線(xiàn)再次在一條直線(xiàn)上,且A、B在恒星的同側(cè),從角度上看,在相同時(shí)間內(nèi),A比B多轉(zhuǎn)了2π.如果A、B在恒星的兩側(cè),則它們相距最遠(yuǎn),從角度上看,在相同時(shí)間內(nèi),A比B多轉(zhuǎn)了π.方法技巧處理天體相距最近和最遠(yuǎn)的問(wèn)題,實(shí)際上就是因?yàn)樵较蛲獾男l(wèi)星運(yùn)行得越慢,當(dāng)里邊的比外邊的衛(wèi)星多走了半圈或半圈的奇數(shù)倍時(shí)相距最遠(yuǎn),多走了整數(shù)圈時(shí)相距最近.突破4非常規(guī)“衛(wèi)星”問(wèn)題
通常的衛(wèi)星是指僅僅在中心天體萬(wàn)有引力作用下做無(wú)動(dòng)力飛行的衛(wèi)星,各參量與軌道半徑的關(guān)系也是針對(duì)這種衛(wèi)星的,不滿(mǎn)足以上條件的衛(wèi)星,同樣也不適應(yīng)常見(jiàn)衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律.如飛機(jī),有動(dòng)力,線(xiàn)速度與高度無(wú)關(guān);連續(xù)物,整個(gè)連續(xù)物上各點(diǎn)角速度大小相等,其角速度、線(xiàn)速度等規(guī)律與衛(wèi)星的相反;某個(gè)飛行物同時(shí)受到兩個(gè)物體的引力,如同時(shí)受到地球和月球的引力,也不滿(mǎn)足常見(jiàn)衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律.
【典題4】(2023
年四川成都三模)如圖Z3-6甲所示,電影《流浪地球2》中的“太空電梯”令人震撼.“太空電梯”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖乙所示,地球半徑約6400km,“太空電梯”空間站位于離地面約36000km的地球同步軌道上,其上方約54000km高度有平衡錘,空間站上、下方均用纜繩分別連接地面和平衡錘,運(yùn)載倉(cāng)與纜繩間的作用力可忽略.下列說(shuō)法正確的是()甲乙圖Z3-6A.運(yùn)載倉(cāng)由地面上升至空間站的過(guò)程中始終處于失重狀態(tài)B.連接空間站的上、下兩根纜繩對(duì)空間站的拉力大小相等C.平衡錘、空間站的加速度a錘、a站與地球表面重力加速度g的大小關(guān)系為a錘>g>a站D.若平衡錘下方的纜繩突然斷裂,則平衡錘將做近心運(yùn)動(dòng)跌落至地球表面
解析:根據(jù)“太空電梯”結(jié)構(gòu)可知v=ωr,運(yùn)載倉(cāng)由地面上升至空間站的過(guò)程中,角速度不變,線(xiàn)速度逐漸增大,運(yùn)載倉(cāng)不是始終處于失重狀態(tài),A錯(cuò)誤.由于“太空電梯”空間站處于地球同步軌道上,可知地球?qū)λ娜f(wàn)有引力剛好提供其繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,則連接空間站的上、下兩根纜繩對(duì)空間站的拉
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