高考物理一轮复习 第4章 曲线运动 万有引力与航天 能力课时6 天体运动中的“四大难点”课件.ppt

能力课时6天体运动中的 四大难点 突破一近地卫星 赤道上物体及同步卫星的运行问题 近地卫星 同步卫星和赤道上随地球自转的物体的三种匀速圆周运动的参量比较 例1 多选 如图1所示 a表示地球同步卫星 b为运行轨道比a低的一颗卫星 c为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体 两颗卫星及物体c的质量都相同 关于它们的线速度 角速度 运行周期和所受到的万有引力的比较 下列关系式正确的是 图1a vb va vcb a b cc fa fb fcd ta tc tb 答案ad 变式训练 1 2016 江西鹰潭模拟 有a b c d四颗卫星 a还未发射 在地球赤道上随地球一起转动 b在地面附近近地轨道上正常运动 c是地球同步卫星 d是高空探测卫星 设地球自转周期为24h 所有卫星的运动均视为匀速圆周运动 各卫星排列位置如图2所示 则下列关于卫星的说法中正确的是 图2 答案c 突破二卫星的变轨问题 1 变轨原理及过程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3所示 图3 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 上 2 在a点点火加速 由于速度变大 进入椭圆轨道 3 在b点 远地点 再次点火加速进入圆形轨道 例2 多选 在完成各项既定任务后 神舟九号 飞船于2012年6月29日10时许返回地面 主着陆场位于内蒙古四子王旗地区 如图4所示 飞船在返回地面时 要在p点从圆形轨道 进入椭圆轨道 q为轨道 上的一点 m为轨道 上的另一点 关于 神舟九号 的运动 下列说法中正确的有 图4 a 飞船在轨道 上经过p的速度小于经过q的速度b 飞船在轨道 上经过p的速度小于在轨道 上经过m的速度c 飞船在轨道 上运动的周期大于在轨道 上运动的周期d 飞船在轨道 上经过p的加速度小于在轨道 上经过m的加速度解析飞船在轨道 上由q点向p点运行时需要克服万有引力做功 所以经过p点时的动能小于经过q点时的动能 可知选项a正确 飞船在轨道 上做匀速圆周运动 故飞船经过p m两点时的速率相等 由于飞船在p点进入轨道 时相对于轨道 做向心运动 可知飞船在轨道 上p点速度小于轨道 上p点速度 故选项b正确 根据开普勒第三定律可知 飞船在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期 选项c错误 根据牛顿第二定律可知 飞船在轨道 上经过p的加速度与在轨道 上经过m的加速度大小相等 选项d错误 答案ab 反思总结1 变轨的两种情况 2 相关物理量的比较 1 两个不同轨道的 切点 处线速度v不相等 图中v v b v a v 2 同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等 从远地点到近地点万有引力对卫星做正功 动能增大 引力势能减小 图中v a v b ek a ek b ep a ep b 3 两个不同圆轨道上的线速度v不相等 轨道半径越大 v越小 图中v v 3 卫星的对接航天飞机与宇宙空间站的 对接 实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题 本质仍然是卫星的变轨运行问题 变式训练 2 多选 神舟十号 飞船于北京时间2013年6月11日17时38分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空 并于北京时间6月13日13时18分 实施了与 天宫一号 的自动交会对接 这是 天宫一号 自2011年9月发射入轨以来 第5次与神舟飞船成功实现交会对接 交会对接前 神舟十号 飞船先在较低的圆轨道1上运动 在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的 天宫一号 对接 如图5所示 m q两点在轨道1上 p点在轨道2上 三点连线过地球球心 把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速 下列关于 神舟十号 变轨过程的描述 正确的是 图5a 神舟十号 必须在q点加速 才能在p点与 天宫一号 相遇b 神舟十号 在m点经一次加速 即可变轨到轨道2c 神舟十号 在m点变轨后的速度大于变轨前的速度d 神舟十号 变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期 答案cd 突破三天体运动中的能量问题 1 卫星变轨问题的分析 一般包括运动状态与能量的变化 即线速度 角速度 周期以及动能 势能与机械能的变化 通常可以利用万有引力做功 确定动能和势能的变化 若只有万有引力做功 则机械能守恒 答案bd 图6 答案d 突破四卫星的追及相遇问题 某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分 但它们都处在同一条直线上 由于它们的轨道不是重合的 因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理 而是通过卫星运动的圆心角来衡量 若它们初始位置在同一直线上 实际上内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的圆心角之差为 的整数倍时就是出现最近或最远的时刻 例4 多选 2014 新课标全国卷 19 太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动 当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间 且三者几乎排成一条直线的现象 天文学称为 行星冲日 据报道 2014年各行星冲日时间分别是 1月6日木星冲日 4月9日火星冲日 5月11日土星冲日 8月29日海王星冲日 10月8日天王星冲日 已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示 则下列判断正确的是 a 各地外行星每年都会出现冲日现象b 在2015年内一定会出现木星冲日c 天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半d 地外行星中 海王星相邻两次冲日的时间间隔最短 答案bd 变式训练 4 设地球的自转角速度为 0 地球半径为r 地球表面重力加速度为g 某人造卫星在赤道上空做匀速圆周运动 轨道半径为r 且r 5r 飞行方向与地球的自转方向相同 在某时刻 该人造卫星通过赤道上某建筑物的正上方 则到它下一次通过该建筑物正上方所需要的时间为 答案d 图7 答案c 2 多选 目前 在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转 其中一些卫星的轨道可近似为圆 且轨道半径逐渐变小 若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中 只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用 则下列判断正确的是 a 卫星的动能逐渐减小b 由于地球引力做正功 引力势能一定减小c 由于气体阻力做负功 地球引力做正功 机械能保持不变d 卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小 答案bd 3 某卫星在半径为r的轨道1上做圆周运动 动能为ek 变轨到轨道2上后 动能比在轨道1上减小了 e 在轨道2上也做圆周运动 则轨道2的半径为 答案a 4 多选 如图8所示 在发射地球同步卫星的过程中 卫星首先进入椭圆轨道 然后在q点通过改变卫星速度 让卫星进入地球同步轨道 则 图8a 该卫星在p点的速度大于7 9km s 小于11 2km sb 卫星在同步轨道 上的运行速度大于7 9km sc 在轨道 上 卫星在p点的速度大于在q点的速度d 卫星在q点通过加速实现由轨道 进入轨道 解析卫星在p点做圆周运动的速度为7 9km s 卫星在p点的速度大于7 9km s会做离心运动 运动轨迹为椭圆 但必须小于11 2km s 否则就会脱离地球束缚 故a正确 环绕地球做圆周运动的人造卫星 最大的运行速度是7 9km s 故b错误 p点比q点离地球近些 故在