人教版高考物理一轮总复习精品课件 第4章 曲线运动与万有引力定律 专题5 天体运动中的三类问题.ppt

(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ,使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v1。(2)变轨时在P点点火加速,短时间内将速率由v1增加到v2,这时,卫星脱离原轨道做离心运动,进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。(3)卫星运行到远地点Q时的速率为v3,此时进行第二次点火加速,在短时间内将速率由v3增加到v4,使卫星进入同步轨道Ⅲ,绕地球做匀速圆周运动。飞船和空间站的对接过程与此类似。卫星的回收过程和飞船的返回则是相反的过程,通过突然减速,,变轨到低轨道,最后在椭圆轨道的近地点处返回地面。3.卫星变轨时一些物理量的定性分析(1)速度:设卫星在圆轨道Ⅰ、Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v4,在轨道Ⅱ上过P、Q点时的速率分别为v2、v3,在P点加速,则v2v1;在Q点加速,则v4v3。又因v1v4,故有v2v1v4v3。(2)加速度:因为在P点不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过,P点到地心的距离都相同,卫星的加速度都相同,设为aP。同理,在Q点加速度也相同,设为aQ。又因Q点到地心的距离大于P点到地心的距离,所以aQaP。(3)周期:设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3,轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3,由可知T1T2T3。考向1航天器的变轨问题【典例3】(多选)下图是发射的一颗人造地球卫星在绕地球轨道上的几次变轨图,轨道Ⅰ是圆轨道,轨道Ⅱ和轨道Ⅲ依次是在P点变轨后的椭圆轨道。下列说法正确的是()?A.卫星在轨道Ⅰ上的运行速度大于7.9km/sB.卫星在轨道Ⅱ上运动时,在P点和Q点的速度大小相等C.卫星在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于卫星在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D.卫星从轨道Ⅰ的P点加速进入轨道Ⅱ后机械能增加CD思维点拨(1)卫星在轨道Ⅱ上运动时,如何比较在P点和在Q点的速度大小?(2)卫星的机械能包括什么?如何判断机械能的变化?提示(1)由开普勒第二定律比较。(2)动能和引力势能。除万有引力外的其他力做正功,机械能增加;做负功,机械能减少。解析:7.9km/s是第一宇宙速度,是绕地球做圆周运动的卫星最大的环绕速度,根据轨道半径越大,线速度越小,可知卫星在轨道Ⅰ上的运行速度一定小于7.9km/s,故A错误。卫星在轨道Ⅱ上运动时,P点为近地点,Q点为远地点,根据开普勒第二定律可知,卫星在P点的速度大于在Q点的速度,B错误。根据可知,卫星在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于卫星在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度,C正确。卫星从轨道Ⅰ的P点加速进入轨道Ⅱ的过程中,牵引力做正功,故机械能增加,D正确。归纳总结航天器变轨问题的三点注意事项(1)航天器变轨时半径(半长轴)的变化,根据万有引力和所需向心力的大小关系判断;稳定在新圆轨道上的运行速度变化由判断。两个不同轨道的“切点”处线速度不相等,同一椭圆上近地点的线速度大于远地点的线速度,如典例3中的B选项。(2)航天器在不同轨道上运行时机械能不同,轨道半径(半长轴)越大,机械能越大。从远地点到近地点,万有引力对卫星做正功,动能Ek增大,引力势能减小。(3)两个不同轨道的“切点”处加速度a相同。考向2航天器的对接问题【典例4】我国成功发射了天宫二号空间实验室,之后发射了神舟十一号飞船与天宫二号对接。假设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C解析:若使飞船与空间站在同一轨道上运行,然后飞船加速,所需向心力变大,则飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道,不能实现对接,选项A错误。若使飞船与空间站在同一轨道上运行,然后空间站减速,所需向心力变小,则空间站将脱离原轨道而进入更低的轨道,不能实现对接,选项B错误。要想实现对接,可使飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速,然后飞船将进入较高的空间实验室轨道,逐渐靠近空间实验室后,两者速度接近时实现对接,选项C正确。若飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速,则飞船将进入更低的轨道,不能实现对接,选项D错误。归纳总结航天飞船与空间站的“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