高考物理一輪復(fù)習(xí) 第4章 曲線運(yùn)動 萬有引力與航天 能力課時6 天體運(yùn)動中的“四大難點(diǎn)”課件.ppt

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能力課時6 天體運(yùn)動中的“四大難點(diǎn)”,突破一 近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)行問題,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)動的參量比較,【例1】 (多選)如圖1所示 ，A表示地球同步衛(wèi)星，B為運(yùn)行軌道比A低的一顆衛(wèi)星，C為地球赤道上某一高山山頂上的一個物體，兩顆衛(wèi)星及物體C的質(zhì)量都相同，關(guān)于它們的線速度、角速度、運(yùn)行周期和所受到的萬有引力的比較，下列關(guān)系式正確的是( ),圖1 A.vB＞vA＞vC B.ωA＞ωB＞ωC C.FA＞FB＞FC D.TA＝TC＞TB,答案 AD,【變式訓(xùn)練】 1.(2016·江西鷹潭模擬)有a、b、c、d四顆衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動，b在地面附近近地軌道上正常運(yùn)動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為24 h，所有衛(wèi)星的運(yùn)動均視為勻速圓周運(yùn)動，各衛(wèi)星排列位置如圖2所示，則下列關(guān)于衛(wèi)星的說法中正確的是( ),圖2,答案 C,突破二 衛(wèi)星的變軌問題,1.變軌原理及過程 人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道，如圖3所示。,圖3 (1)為了節(jié)省能量 ，在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上。 (2)在A點(diǎn)點(diǎn)火加速，由于速度變大，進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ。 (3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道Ⅲ。,【例2】 (多選)在完成各項(xiàng)既定任務(wù)后，“神舟九號”飛船于2012年6月29日10時許返回地面，主著陸場位于內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)。如圖4所示，飛船在返回地面時，要在P點(diǎn)從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，Q為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)，M為軌道Ⅰ上的另一點(diǎn)，關(guān)于“神舟九號”的運(yùn)動，下列說法中正確的有( ),圖4,A.飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的速度小于經(jīng)過Q的速度 B.飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的速度 C.飛船在軌道Ⅱ上運(yùn)動的周期大于在軌道Ⅰ上運(yùn)動的周期 D.飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的加速度 解析 飛船在軌道Ⅱ上由Q點(diǎn)向P點(diǎn)運(yùn)行時需要克服萬有引力做功，所以經(jīng)過P點(diǎn)時的動能小于經(jīng)過Q點(diǎn)時的動能，可知選項(xiàng)A正確；飛船在軌道Ⅰ上做勻速圓周運(yùn)動，故飛船經(jīng)過P、M兩點(diǎn)時的速率相等，由于飛船在P點(diǎn)進(jìn)入軌道Ⅱ時相對于軌道Ⅰ做向心運(yùn)動，可知飛船在軌道Ⅱ上P點(diǎn)速度小于軌道Ⅰ上P點(diǎn)速度，故選項(xiàng)B正確；根據(jù)開普勒第三定律可知，飛船在軌道Ⅱ上運(yùn)動的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動的周期，選項(xiàng)C錯誤；根據(jù)牛頓第二定律可知，飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P的加速度與在軌道Ⅰ上經(jīng)過M的加速度大小相等，選項(xiàng)D錯誤。 答案 AB,反思總結(jié) 1.變軌的兩種情況,2.相關(guān)物理量的比較 (1)兩個不同軌道的“切點(diǎn)”處線速度v不相等，圖中vⅢ＞vⅡB，vⅡA＞vⅠ。,(2)同一個橢圓軌道上近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)線速度大小不相等，從遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)萬有引力對衛(wèi)星做正功，動能增大(引力勢能減小)，圖中vⅡA＞vⅡB，EkⅡA＞EkⅡB，EpⅡA＜EpⅡB。 (3)兩個不同圓軌道上的線速度v不相等，軌道半徑越大，v越小，圖中vⅠ＞vⅢ。 3.衛(wèi)星的對接 航天飛機(jī)與宇宙空間站的“對接”實(shí)際上就是兩個做勻速圓周運(yùn)動的物體追趕問題，本質(zhì)仍然是衛(wèi)星的變軌運(yùn)行問題。,【變式訓(xùn)練】 2.(多選) “神舟十號”飛船于北京時間2013年6月11日17時38分在甘肅省酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，并于北京時間6月13日13時18分，實(shí)施了與“天宮一號”的自動交會對接。這是“天宮一號”自2011年9月發(fā)射入軌以來，第5次與神舟飛船成功實(shí)現(xiàn)交會對接。交會對接前“神舟十號”飛船先在較低的圓軌道1上運(yùn)動，在適當(dāng)位置經(jīng)變軌與在圓軌道2上運(yùn)動的“天宮一號”對接。如圖5所示，M、Q兩點(diǎn)在軌道1上，P點(diǎn)在軌道2上，三點(diǎn)連線過地球球心，把飛船的加速過程簡化為只做一次短時加速。下列關(guān)于“神舟十號”變軌過程的描述，正確的是( ),圖5 A.“神舟十號”必須在Q點(diǎn)加速，才能在P點(diǎn)與“天宮一號”相遇 B.“神舟十號”在M點(diǎn)經(jīng)一次加速，即可變軌到軌道2 C.“神舟十號”在M點(diǎn)變軌后的速度大于變軌前的速度 D.“神舟十號”變軌后的運(yùn)行周期總大于變軌前的運(yùn)行周期,答案 CD,突破三 天體運(yùn)動中的能量問題,1.衛(wèi)星變軌問題的分析，一般包括運(yùn)動狀態(tài)與能量的變化，即線速度、角速度、周期以及動能、勢能與機(jī)械能的變化，通常可以利用萬有引力做功，確定動能和勢能的變化。若只有萬有引力做功，則機(jī)械能守恒。,答案 BD,圖6,答案 D,突破四 衛(wèi)星的追及相遇問題,某星體的兩顆衛(wèi)星之間的距離有最近和最遠(yuǎn)之分，但它們都處在同一條直線上。由于它們的軌道不是重合的，因此在最近和最遠(yuǎn)的相遇問題上不能通過位移或弧長相等來處理，而是通過衛(wèi)星運(yùn)動的圓心角來衡量，若它們初始位置在同一直線上，實(shí)際上內(nèi)軌道所轉(zhuǎn)過的圓心角與外軌道所轉(zhuǎn)過的圓心角之差為π的整數(shù)倍時就是出現(xiàn)最近或最遠(yuǎn)的時刻。,【例4】 (多選)(2014·新課標(biāo)全國卷Ⅰ，19)太陽系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動。當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽之間，且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象，天文學(xué)稱為“行星沖日”。據(jù)報(bào)道，2014年各行星沖日時間分別是：1月6日木星沖日；4月9日火星沖日；5月11日土星沖日；8月29日海王星沖日；10月8日天王星沖日。已知地球及各地外行星繞太陽運(yùn)動的軌道半徑如下表所示。則下列判斷正確的是( ),A.各地外行星每年都會出現(xiàn)沖日現(xiàn)象 B.在2015年內(nèi)一定會出現(xiàn)木星沖日 C.天王星相鄰兩次沖日的時間間隔為土星的一半 D.地外行星中，海王星相鄰兩次沖日的時間間隔最短,答案 BD,【變式訓(xùn)練】 4.設(shè)地球的自轉(zhuǎn)角速度為ω0，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，某人造衛(wèi)星在赤道上空做勻速圓周運(yùn)動，軌道半徑為r，且r＜5R，飛行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同，在某時刻，該人造衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方，則到它下一次通過該建筑物正上方所需要的時間為( ),答案 D,圖7,答案 C,2.(多選)目前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓，且軌道半徑逐漸變小。若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用，則下列判斷正確的是( ),A.衛(wèi)星的動能逐漸減小 B.由于地球引力做正功，引力勢能一定減小 C.由于氣體阻力做負(fù)功，地球引力做正功，機(jī)械能保持不變 D.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小,答案 BD,3.某衛(wèi)星在半徑為r的軌道1上做圓周運(yùn)動，動能為Ek，變軌到軌道2上后，動能比在軌道1上減小了ΔE，在軌道2上也做圓周運(yùn)動，則軌道2的半徑為( ),答案 A,4.(多選)如圖8所示，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道Ⅱ，則( ),圖8 A.該衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s B.衛(wèi)星在同步軌道Ⅱ上的運(yùn)行速度大于7.9 km/s C.在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度 D.衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道Ⅱ,解析 衛(wèi)星在P點(diǎn)做圓周運(yùn)動的速度為7.9 km/s，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于7.9 km/s會做離心運(yùn)動，運(yùn)動軌跡為橢圓，但必須小于11.2 km/s，否則就會脫離地球束縛，故A正確；環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星，最大的運(yùn)行速度是7.9 km/s，故B錯誤；P點(diǎn)比Q點(diǎn)離地球近些，故在軌道Ⅰ上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度，C正確；衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道Ⅱ，故D正確。 答案 ACD,5.設(shè)金星和地球繞太陽中心的運(yùn)動是公轉(zhuǎn)方向相同且軌道共面的勻速圓周運(yùn)動，金星在地球軌道的內(nèi)側(cè)(稱為地內(nèi)行星)。在某些特殊時刻，地球、金星和太陽會出現(xiàn)在一條直線上，這時候從地球上觀測，金星像鑲嵌在太陽臉上的小黑痣緩慢走過太陽表面。天文學(xué)稱這種現(xiàn)象為“金星凌日”。如圖9所示，2012年6月6日天空上演的“金星凌日”吸引了全世界數(shù)百萬天文愛好者。假設(shè)地球公轉(zhuǎn)軌道半徑為R，“金星凌日”每隔t0年出現(xiàn)一次，則金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑為( ),圖9,答案 B,