人教版必修第二册课件第七章专题强化卫星变轨问题和双星问题2.pptx
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- 人教版 必修 第二 课件 第七 专题 强化 卫星 问题 双星
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1、专题强化卫星变轨问题和双星问题第七章万有引力与宇宙航行1.会分析卫星的变轨问题,知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星 速度的变化.2.掌握双星运动的特点,会分析求解双星运动的周期和角速度.学习目标重点探究随堂演练专题强化练内容索引NEIRONGSUOYIN重点探究一、人造卫星的变轨问题导学探究若飞船和空间站在同一轨道上,飞船加速能否追上前方的空间站?答案不能,因为飞船加速时,将做离心运动,从而离开这个轨道,不会追上空间站.1.变轨问题概述(1)稳定运行卫星绕天体稳定运行时,万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力,即知识深化(2)变轨运行卫星变轨时,先是线速度大小v发生变化导致需要的向心力发生变化,进
2、而使轨道半径r发生变化.2.实例分析:高轨道卫星的发射(1)发射过程如图1,发射卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道,在Q点点火加速做图图1(2)三个轨道上运行参量大小的比较速度:设卫星在圆轨道和上运行时的速率分别为v1、v3,在椭圆轨道上经过Q点和P点时的速率分别为vQ、vP,在Q点加速,则vQv1,在P点加速,则v3vP,又因v1v3,故有vQv1v3vP.例1(2019启东中学高一下学期期中)2019年春节期间,中国科幻电影里程碑的作品流浪地球热播,影片中为了让地球逃离太阳系,人们在地球上建造特大功率发动机,使地球完成一系列变轨操作,其逃离过程如图2所示,地球在椭圆轨道上运行到远日点B变轨,
3、进入圆形轨道.在圆形轨道上运行到B点时再次加速变轨,从而最终摆脱太阳束缚.对于该过程,下列说法正确的是A.沿轨道运动至B点时,需向前喷气减速才能进入轨道 B.沿轨道运行的周期小于沿轨道运行的周期C.沿轨道运行时,在A点的加速度小于在B点的加速度D.在轨道上由A点运行到B点的过程,速度逐渐增大图图2解析地球沿轨道运行至B点时,需向后喷气加速才能进入轨道,选项A错误;因轨道的半长轴小于轨道的半径,根据开普勒第三定律可知,地球沿轨道运行的周期小于沿轨道运行的周期,选项B正确;根据开普勒第二定律可知,地球在轨道上由A点运行到B点的过程中,地球逐渐远离太阳,速度逐渐减小,选项D错误.判断卫星变轨时速度、
4、加速度变化情况的思路1.判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时,可根据“越远越慢”的规律判断.2.判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时,可根据开普勒第二定律判断,即离中心天体越远,速度越小.3.判断卫星为实现变轨在某点需要加速还是减速时,可根据离心运动或近心运动的条件进行分析.总结提升针对训练(多选)“嫦娥三号”卫星从地球发射到月球过程的路线示意图如图3所示.关于“嫦娥三号”的说法正确的是A.在P点由a轨道转变到b轨道时,速度必须变小B.在Q点由d轨道转变到c轨道时,要加速才能实现(不计“嫦娥三 号”的质量变化)C.在b轨道上,卫星在P点的速度比在R点的速度大D.“嫦娥三号”在a、b轨道上
5、正常运行时,通过同一点P时,加速度相等图图3解析卫星在轨道a上的P点进入轨道b,需加速,使万有引力小于需要的向心力而做离心运动,选项A错误;在Q点由d轨道转变到c轨道时,必须减速,使万有引力大于需要的向心力而做近心运动,选项B错误;根据开普勒第二定律知,在b轨道上,卫星在P点的速度比在R点的速度大,选项C正确;根据牛顿第二定律得 man,卫星在a、b轨道上正常运行时,通过同一点P时,加速度相等,选项D正确.二、双星或多星问题1.双星模型(1)如图4所示,宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球,它们离其他星球都较远,其他星球对它们的万有引力可以忽略不计.在这种情况下,它们将围绕其连线上的某一固
6、定点做周期相同的匀速圆周运动,通常,我们把这样的两个星球称为“双星”.图图4已知星球A、B的中心和O三点始终共线,星球A和B分别在O的两侧,引力常量为G.根据题意可知m地5.(卫星、飞船的对接问题)如图8所示,我国发射的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功.v1v2v3 B.解析设体积较小者质量为m1,轨迹半径为r1,体积较大者质量为m2,轨迹半径为r2,两者球心之间的距离为L,使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船,目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术,其发射过程简化如下:飞
7、船在酒泉卫星发射中心发射,由长征运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为h1,飞船飞行5圈后进行变轨,进入预定圆轨道,如图10所示.(2)三个轨道上运行参量大小的比较“嫦娥三号”在由高轨道降到低轨道时,都要在P点进行“刹车制动”,所以经过P点时,在三个轨道上的线速度关系为vvv,故C错误;解析双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,故A错误;351022 kg,v2r2在轨道上,卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.解析第一宇宙速度是卫星在近地轨道运行的线速度,要加速才能实现(不计“嫦娥三解析地球沿轨道运行至B点时,需向后喷气加速才能进入轨道,选项A错误;已
8、知星球A、B的中心和O三点始终共线,星球A和B分别在O的两侧,引力常量为G.在Q点由d轨道转变到c轨道时,必须减速,使万有引力大于需要的向心力而做近心运动,选项B错误;由线速度与角速度的关系vr得飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,2 km/s,将会摆脱地球的引力,A错误;(2)特点两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动,两星的运行周期、角速度相同.两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供.两星的轨道半径之和等于两星之间的距离,即r1r2L,两星轨道半径之比等于两星质量的反比.2.多星系统在宇宙中存在“三星”“四星”等多星系统,在多星系统中:(1
9、)各个星体做圆周运动的周期、角速度相同.(2)某一星体做圆周运动的向心力是由其他星体对它引力的合力提供的.例2两个靠得很近的天体,离其他天体非常遥远,它们以其连线上某一点O为圆心各自做匀速圆周运动,两者的距离保持不变,科学家把这样的两个天体称为“双星”,如图5所示.已知双星的质量分别为m1和m2,它们之间的距离为L,引力常量为G,求双星的运行轨道半径r1和r2及运行周期T.图图5答案见解析解析双星间的万有引力提供了各自做匀速圆周运动的向心力,例3宇宙间存在一些离其他恒星较远的三星系统,其中有一种三星系统如图6所示,三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点,三角形边长为L,忽略其他星体对它们
10、的引力作用,三星在同一平面内绕三角形中心O做匀速圆周运动,引力常量为G,下列说法正确的是A.每颗星做圆周运动的角速度为B.每颗星做圆周运动的加速度大小与三星的质量无关C.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍,则周期 变为原来的2倍D.若距离L和每颗星的质量m都变为原来的2倍,则线 速度变为原来的4倍图图6对任一星受力分析,如图所示,1.(卫星变轨问题)(多选)(2019黑龙江哈师大附中高一下月考)如图7所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,设卫星在轨道1和轨道3
11、正常运行的速度和加速度分别为v1、v3和a1、a3,在轨道2经过P点时的速度和加速度为v2和a2,且当卫星在轨道1、2、3上正常运行时周期分别为T1、T2、T3,以下关系正确的是A.v1v2v3 B.v1v3v2C.a1a2a3 D.T3T2T1123随堂演练4图图7解析卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,1234在椭圆轨道远地点实施变轨,卫星做离心运动,此时万有引力小于卫星所需向心力,所以应给卫星加速,增大所需的向心力,卫星在轨道3上经过P点的速率大于在轨道2上经过P点的速率,即v3v2,则v1v3v2,故A错误,B正确;12342.(卫星、飞船的对接问题)如图8所示,我国发射
12、的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功.假设对接前“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对接,下列措施可行的是A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间 实验室实现对接B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等 待飞船实现对接C.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上加速,加速后飞船逐 渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室轨道半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接1234图图8解析飞船在同一轨道上加速追赶空间实
13、验室时,速度增大,所需向心力大于万有引力,飞船将做离心运动,不能实现与空间实验室的对接,选项A错误;1234空间实验室在同一轨道上减速等待飞船时,速度减小,所需向心力小于万有引力,空间实验室将做近心运动,也不能实现对接,选项B错误;当飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速时,飞船将做离心运动,逐渐靠近空间实验室,可实现对接,选项C正确;当飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速时,飞船将做近心运动,远离空间实验室,不能实现对接,选项D错误.3.(双星问题)冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统,冥王星与星体卡戎的质量之比约为71,同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动,由此可知,冥王星是绕O点运动
14、的1234解析双星系统内的两颗星运动的角速度相等,B错误;双星的向心力为二者间的万有引力,所以向心力大小相等,D错误;12344.(双星问题)如图9所示,两个星球A、B组成双星系统,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上O点做周期相同的匀速圆周运动.已知A、B星球质量分别为mA、mB,引力常量为G,求 (其中L为两星中心距离,T为两星的运动周期).图图91234解析设A、B两个星球做匀速圆周运动的轨道半径分别为rA、rB,则rArBL,12341.(2019江苏卷)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示,设卫星在近地点、远地点
15、的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G.则基础强化练专题强化练图图1123456789 1011121314123456789 1011121314解析根据开普勒第二定律知,v1v2,在近地点画出近地圆轨道,2.(2019南通市期中)“嫦娥二号”卫星已成功发射,如图2所示,这次发射后卫星直接进入近地面附近、远地点高度约38万公里的地月转移椭圆轨道,地球的球心位于该椭圆的一个焦点上,A、B两点分别是卫星运行轨道上的近地点和远地点.若卫星所受的阻力忽略不计,则A.运动到A点时其速率可能大于11.2 km/sB.运动到B点时的速率大于运动到A点时的速率C.若要卫星
16、在A点所在的高度做匀速圆周运动,需在A点加速D.若要卫星在B点所在的高度做匀速圆周运动,需在B点加速123456789 1011121314图图2解析11.2 km/s为第二宇宙速度,如果运动到A点时其速率大于11.2 km/s,将会摆脱地球的引力,A错误;根据开普勒第二定律知,卫星在椭圆轨道近地点A的速率大于在远地点B的速率,B错误;因为由低轨道转至高轨道需要加速,由高轨道转至低轨道需要减速,所以,若要卫星在A点所在的高度做匀速圆周运动,需在A点减速,让其做近心运动,若要卫星在B点所在的高度做匀速圆周运动,需在B点加速,让其做离心运动,故C错误,D正确.123456789 101112131
17、43.(多选)(2019定远育才实验学校期末)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道进入椭圆轨道,B为轨道上的一点,如图3所示.关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有A.在轨道上经过A点的速度小于经过B点的速度B.在轨道上经过A点的速度小于在轨道上经过A点的 速度C.在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期D.在轨道上经过A点的加速度小于在轨道上经过A点 的加速度123456789 1011121314图图3解析在轨道上由A点运动到B点,由开普勒第二定律可知,经过A点的速度小于经过B点的速度,A正确;从轨道的A点进入轨道需减速,使万有引力大于所需要的向心力,做近心运动,所
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