天体运动中的四大难点

1、随堂演练随堂演练能力课时能力课时6天体运动中的天体运动中的“四大难点四大难点”随堂演练随堂演练突破一近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题突破一近地卫星、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运动的参量比较随堂演练随堂演练【例例1】(多选多选)如图如图1所示所示 ，A表示地球同步卫星，表示地球同步卫星，B为运行轨道为运行轨道比比A低的一颗卫星，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，为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体，两颗卫星及物体两颗卫星及物体C的质量都相同

2、，关于它们的线速度、角速度、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()图图1A.vBvAvC B.ABCC.FAFBFC D.TATCTB随堂演练随堂演练答案答案AD随堂演练随堂演练【变式训练变式训练】1.(2016深圳宝安中学月考深圳宝安中学月考)有有a、b、c、d四颗卫星，四颗卫星，a还未发射，还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，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在地面附近近地轨道上正常运动，动，c是地球同步卫星，是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期

3、为是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置，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如图2所示，则下列关于卫星的说法中正确的是所示，则下列关于卫星的说法中正确的是()图图2随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练答案答案C随堂演练随堂演练突破二卫星的变轨问题突破二卫星的变轨问题1.变轨原理及过程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。所示。图图3(1)为了节省能量为了节省能量 ，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆

4、轨道轨道上。上。(2)在在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道。(3)在在B点点(远地点远地点)再次点火加速进入圆形轨道再次点火加速进入圆形轨道。随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练【例例2】(多选多选)在完成各项既定任务后，在完成各项既定任务后，“神舟九号神舟九号”飞船于飞船于2012年年6月月29日日10时许返回地面，主着陆场位于内蒙古四子王旗时许返回地面，主着陆场位于内蒙古四子王旗地区。如图地区。如图4所示，飞船在返回地面时，要在所示，飞船在返回地面时，要在P点从圆形轨道点从圆形轨道进入椭圆轨道进入椭圆轨道，Q为轨道为轨道上的一点，上的一点，M为轨道

5、为轨道上的另一点，上的另一点，关于关于“神舟九号神舟九号”的运动，下列说法中正确的有的运动，下列说法中正确的有()图图4随堂演练随堂演练A.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的速度小于经过的速度小于经过Q的速度的速度B.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的速度小于在轨道的速度小于在轨道上经过上经过M的速度的速度C.飞船在轨道飞船在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的上运动的周期周期D.飞船在轨道飞船在轨道上经过上经过P的加速度小于在轨道的加速度小于在轨道上经过上经过M的加速度的加速度随堂演练随堂演练解析解析飞船在轨道飞船在轨道上由上由Q点向点向P点运行时需要克服万有引力做点

6、运行时需要克服万有引力做功，所以经过功，所以经过P点时的动能小于经过点时的动能小于经过Q点时的动能，可知选项点时的动能，可知选项A正确；飞船在轨道正确；飞船在轨道上做匀速圆周运动，故飞船经过上做匀速圆周运动，故飞船经过P、M两点两点时的速率相等，由于飞船在时的速率相等，由于飞船在P点进入轨道点进入轨道时相对于轨道时相对于轨道做向做向心运动，可知飞船在轨道心运动，可知飞船在轨道上上P点速度小于轨道点速度小于轨道上上P点速度，点速度，故选项故选项B正确；根据开普勒第三定律可知，飞船在轨道正确；根据开普勒第三定律可知，飞船在轨道上运动上运动的周期小于在轨道的周期小于在轨道上运动的周期，选项上运动的周

7、期，选项C错误；根据牛顿第错误；根据牛顿第二定律可知，飞船在轨道二定律可知，飞船在轨道上经过上经过P的加速度与在轨道的加速度与在轨道上经过上经过M的加速度大小相等，选项的加速度大小相等，选项D错误。错误。答案答案AB随堂演练随堂演练反思总结反思总结1.变轨的两种情况变轨的两种情况2.相关物理量的比较相关物理量的比较(1)两个不同轨道的两个不同轨道的“切点切点”处线速度处线速度v不相等，图中不相等，图中vvB，vAv。(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，动能增大远地点到近地点万有引力对卫星做

8、正功，动能增大(引力势能引力势能减小减小)，图中，图中vAvB，EkAEkB，EpAEpB。随堂演练随堂演练(3)两个不同圆轨道上的线速度两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，不相等，轨道半径越大，v越小，越小，图中图中vv。3.卫星的对接卫星的对接航天飞机与宇宙空间站的航天飞机与宇宙空间站的“对接对接”实际上就是两个做匀速圆周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。运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。随堂演练随堂演练【变式训练变式训练】2.(多选多选)“神舟十号神舟十号”飞船于北京时间飞船于北京时间2013年年6月月11日日17时时3

9、8分在分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间6月月13日日13时时18分，实施了与分，实施了与“天宫一号天宫一号”的自动交会对接。这是的自动交会对接。这是“天宫一天宫一号号”自自2011年年9月发射入轨以来，第月发射入轨以来，第5次与神舟飞船成功实现交次与神舟飞船成功实现交会对接。交会对接前会对接。交会对接前“神舟十号神舟十号”飞船先在较低的圆轨道飞船先在较低的圆轨道1上运上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的上运动的“天宫一号天宫一号”对接。对接。如图如图5所示，所示，M、Q两点在轨道两点在轨道1上，上

10、，P点在轨道点在轨道2上，三点连线上，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。下列关于列关于“神舟十号神舟十号”变轨过程的描述，正确的是变轨过程的描述，正确的是()随堂演练随堂演练图图5A.“神舟十号神舟十号”必须在必须在Q点加速，才能在点加速，才能在P点与点与“天宫一号天宫一号”相遇相遇B.“神舟十号神舟十号”在在M点经一次加速，即可变轨到轨道点经一次加速，即可变轨到轨道2C.“神舟十号神舟十号”在在M点变轨后的速度大于变轨前的速度点变轨后的速度大于变轨前的速度D.“神舟十号神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行

11、周期变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期随堂演练随堂演练答案答案CD随堂演练随堂演练突破三天体运动中的能量问题突破三天体运动中的能量问题随堂演练随堂演练A.探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大B.探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大C.探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等D.探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大随堂演练随堂演练答案答案BD随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练图图6随堂演练随堂演练答案答案D随堂演练随

12、堂演练突破四卫星的追及相遇问题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

13、就是出现最近或最远的时刻。的整数倍时就是出现最近或最远的时刻。随堂演练随堂演练【例例4】(多选多选)(2014新课标全国卷新课标全国卷，19)太阳系各行星几乎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，天文学称为象，天文学称为“行星冲日行星冲日”。据报道，。据报道，2014年各行星冲日年各行星冲日时间分别是：时间分别是：1月月6日木星冲日；日木星冲日；4月月9日火星冲日；日火星冲日；5月月11日土日土星冲日；星冲

14、日；8月月29日海王星冲日；日海王星冲日；10月月8日天王星冲日。已知地日天王星冲日。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判断正确的是()地球地球火星火星木星木星土星土星天王星天王星 海王星海王星轨道半径轨道半径(AU)1.01.55.29.51930随堂演练随堂演练A.各地外行星每年都会出现冲日现象各地外行星每年都会出现冲日现象 B.在在2015年内一定会出现木星冲日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

15、时间间隔最短地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短随堂演练随堂演练答案答案BD随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练【变式训练变式训练】4.(2016广东龙川一中测试广东龙川一中测试)在厄瓜多尔境内有一建筑叫做在厄瓜多尔境内有一建筑叫做“赤道赤道纪念碑纪念碑”。设某人造地球卫星在赤道上空飞行，卫星的轨道平。设某人造地球卫星在赤道上空飞行，卫星的轨道平面与地球赤道重合，飞行高度低于地球同步卫星。已知卫星轨面与地球赤道重合，飞行高度低于地球同步卫星。已知卫星轨道半径为道半径为r，飞行方向与地球的自转方向相同，设地球的自转角，飞行方向与地球的自转方向相同，设地球的自转角速度为速度为0，地球半径为，地

16、球半径为R，地球表面重力加速度为，地球表面重力加速度为g，某时刻卫，某时刻卫星通过这一赤道纪念碑的正上方，该卫星再次经过这个位置所星通过这一赤道纪念碑的正上方，该卫星再次经过这个位置所需要的时间为需要的时间为()随堂演练随堂演练答案答案D随堂演练随堂演练图图7随堂演练随堂演练答案答案C随堂演练随堂演练2.(多选多选)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其目前，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星在轨道半径逐渐变小的过程中，

17、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卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小随堂演练随堂演练答案答案BD随堂演练随堂演练3.某卫星在半径为某卫星在半径为r的轨道的轨道1上做圆周运动，动能为上做圆周运动，动能为Ek，变轨到轨道，变轨到轨道2上后，动能比在轨道上后，动能比在轨道1上减小

18、了上减小了E，在轨道，在轨道2上也做圆周运动，上也做圆周运动，则轨道则轨道2的半径为的半径为()A随堂演练随堂演练4.(多选多选)如图如图8所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道入椭圆轨道，然后在，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道球同步轨道，则，则()图图8A.该卫星在该卫星在P点的速度大于点的速度大于7.9 km/s，小于，小于11.2 km/sB.卫星在同步轨道卫星在同步轨道上的运行速度大于上的运行速度大于7.9 km/sC.在轨道在轨道上，卫星在上，卫星在P点的速度大于在点的速度大于在Q点的速度点的速度D.卫星在卫星在Q点通过加速实现由轨道点通过加速实现由轨道进入轨道进入轨道随堂演练随堂演练解析解析卫星在卫星在P点做圆周运动的速度为点做圆周运动的速度为7.9 km/s，卫星在，卫星在P点的点的速度大于速度大于7.9 km/s会做离心运动，运动轨迹为椭圆，但必须小会做离心运动，运动轨迹为椭圆，但必须小于于11.2 km/s，否则就会脱离地球束缚，故，否则就会脱离地球束缚，故A