云南省峨山彝族自治县2017届高三物理一轮复习 天体运动中的“四大难点”教案.docVIP

天体运动中的“四大难点” 课 题 天体运动中的“四大难点” 计划课时 2 节 教学目标 1、掌握近地卫星、赤道上的物体及同步卫星的运行特点。 2、理解卫星变轨的实质。 3、掌握天体运动中的能量问题。 4、掌握卫星的追击及相遇问题。 教学重点 卫星的运动特点。 教学难点 卫星变轨的实质及能量转换问题。 教学方法 讲授法、讨论法 教 学 内 容 及 教 学 过 程 引入课题 太空中卫星发生故障时，如何进行对接维修呢？ 主要教学过程 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 近地卫星 (r1、ω1、v1、a1) 同步卫星 (r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体 (r3、ω3、v3、a3) 向心力 万有引 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2＞r3＝r1 角速度 由＝mω2r得ω＝，故ω1＞ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3 ω1＞ω2＝ω3 线速度 由＝得v＝，故v1＞v2 由v＝rω得v2＞v3 v1＞v2＞v3 向心加 速度 由＝ma得a＝，故a1＞a2 由a＝ω2r得a2＞a3 a1＞a2＞a3 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。 (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Ⅰ上。 (2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。 2．卫星变轨的实质 (1)当卫星的速度突然增加时，Gm，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝可知其运行速率比原轨道时减小。 (2)当卫星的速率突然减小时，Gm，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近v＝可知其运行速率比原轨道时增大。卫星的发射和回收就是利用这一原理。 突破三　天体运动中的能量问题 卫星的机械能 动能 G＝mEk＝∝ Ek＝mv2 势能与总能量 同一卫星在同一圆形轨道上运动，其机械能不变(守恒) 相同质量的卫星，在r越大的轨道上，动能越小，势能越大，总能量越大 【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(　　) 图1 A．vB＞vA＞vC B．ωA＞ωB＞ωC C．FA＞FB＞FC D．TA＝TC＞TB 解析　A为地球同步卫星，故ωA＝ωC，根据v＝ωr可知，vA＞vC，再根据G＝m得到v＝，可见vB＞vA，所以三者的线速度关系为vB＞vA＞vC，故选项A正确；由ω＝可知TA＝TC，再由G＝m()2r可知TA＞TB，因此它们的周期关系为TA＝TC＞TB，它们的角速度关系为ωB＞ωA＝ωC，所以选项DB错误；由F＝G可知FA＜FB＜FC，所以选项C错误。 答案　AD 【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P点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，Q为轨道Ⅱ上的一点，M为轨道Ⅰ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Ⅱ上经过P的速度小于经过Q的速度 B．飞船在轨道Ⅱ上经过P的速度小于在轨道Ⅰ上经过M的速度 C．飞船在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅰ上运动的周期 D．飞船在轨道Ⅱ上经过P的加速度小于在轨道Ⅰ上经过M的加速度 解析　飞船在轨道Ⅱ上由Q点向P点运行时需要克服万有引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Ⅰ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Ⅱ时相对于轨道Ⅰ做向心运动，可知飞船在轨道Ⅱ上P点速度小于轨道Ⅰ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Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ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Ⅱ上经过P的加速度与在轨道Ⅰ上经过M的加速度大小相等，选项D错误。 答案　AB 【例3】　(多选)(2015·广东理综，20)在星球表面发射探测器，当发射速度为v时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发v时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球，已知地球、火星两星球的质量比约为10∶1，半径比约为2∶1，下列说法正确的有(　　) A．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 C．探测器分别脱离两星球所需要的发射速度