2017年高考物理一轮复习课件 能力课时（6）天体运动中的“四大难点”

2017年高考物理一轮复习课件 能力课时（6）天体运动中的“四大难点”内容摘要：

1、能力课时 6 天体运动中的 “四大难点 ” 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 ( 1、 同步卫星 ( 2、 赤道上随地球自转的物体 ( 3、 向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 由G M 故 1 2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故 2 31 2 3线速度 由G M m v v v 2 v 3 由G M a 故 a 1 a 2 由 a 2r 得 例 1】 (多选 )如图 1所示 ， 两颗卫星及物体 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 2、 ， 下列关系式正确的是 ( ) 图 1 B C 析 A 为地球同步 卫星，故 A C，根据 v r 可知， vA根据 v 见 以三者的线速度关系为 选项 A 正确；由 2A 由 m (2T)2r 可知 此它们的周期关系为 们的角速度关系为 B A C，所以选项 B 错误；由 F 知 F A F B F C ，所以选项 C 错误。 答案 变式训练 】 1.(2016江西鹰潭模拟 )有 a、 b、 c、 地球赤道上随地球一起转动， 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，各卫星排列位置如图 2所示，则下列关于卫星的说法中正确的是 ( ) 图 2 A . a 的向心加速度等于重 3、力加速度 g B . c 在 4 h 内转过的圆心角为6C . b 在相同的时间内转过的弧长最长 D . d 的运动周期可能是 23 h 解析 在地球赤道表面随地球自转的卫星，其所受万有引力提供重力和其做圆周运动的向心力， a 的向心加速度小于重力加速度 g ，选项 A 错误；由于 c 为同步卫星，所以 c 的周期为 24 h ，因此 4 3，选项 B 错误；由四颗卫星的运行情况可知， b 运动的线速度是最大的，所以其在相同的时间内转过的弧长最长，选项 C 正确； d 运行的周期比 c 要长，所以其周期应大于 24 h ，选项 D 错误。 答案 C 突破二 卫星的变轨问题 人造卫星的发射过程要 4、经过多次变轨方可到达预定轨道，如图3所示。 图 3 (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 上。 (2)在 由于速度变大 ， 进入椭圆轨道。 (3)在 远地点 )再次点火加速进入圆形轨道。 2 . 卫星变轨的实质 (1) 当卫星的速度突然增加时， 万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由 v 星的发射和回收就是利用这一原理。 【 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 5、， 飞船在返回地面时 ， 要在 进入椭圆轨道 ， 上的一点 ， 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 上经过 的速度 上经过 上经过 上运动的周期大于在轨道 上运动的周期 上经过 上经过 解析 飞船在轨道 上由 点运行时需要克服万有引力做功 ，所以经过 点时的动能 ， 可知选项 船在轨道 上做匀速圆周运动 ， 故飞船经过 P、 由于飞船在 时相对于轨道 做向心运动 ，可知飞船在轨道 上 上 故选项 据开普勒第三定律可知 ， 飞船在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期 ， 选项 据牛顿第二定律可知 ，飞船在轨道 上经过 上经过 选项 答案 6、思总结 (1)两个不同轨道的 “ 切点 ” 处线速度 图中 v v B，v A v。 (2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等 ， 从远地点到近地点万有引力对卫星做正功 ， 动能增大 (引力势能减小 )， 图中 v A v B， A B， A B。 (3)两个不同圆轨道上的线速度 轨道半径越大 ， 图中 v v。 航天飞机与宇宙空间站的 “ 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行问题。 【 变式训练 】 2.(多选 ) “ 神舟十号 ” 飞船于北京时间 2013年 6月 11日 17时 38分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间 7、 6月 13日 13时18分，实施了与 “ 天宫一号 ” 的自动交会对接。 这是 “ 天宫一号 ” 自 2011年 9月发射入轨以来，第 5次与神舟飞船成功实现交会对接。 交会对接前 “ 神舟十号 ” 飞船先在较低的圆轨道 1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道 2上运动的 “ 天宫一号 ” 对接。 如图 5所示， M、 上， 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。 下列关于 “ 神舟十号 ” 变轨过程的描述，正确的是 ( ) 图 5 A.“ 神舟十号 ” 必须在 才能在 天宫一号 ” 相遇 B.“ 神舟十号 ” 在 即可变轨到轨道 2 C.“ 神舟十号 ” 在 D.“ 神舟十 8、号 ” 变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期 解析 飞船经一次加速后由圆轨道 1 变轨到与加速点相切的椭圆轨道，加速点为近地点，椭圆轨道的远地点与轨道 2 相切，近地点与远地点分别在地球两侧，因此飞船必须在 M 点加速，才能在 天宫一号 ” 相遇， A 错误；飞船在 M 点经一次加速后由圆轨道 1 变轨到椭圆轨道，在椭圆轨道的远地点再经一次加速变轨到轨道 2 ， B 错误；飞船在 M 点加速后由圆轨道 1 变轨到椭圆轨道，则在 M 点变轨后的速度大于变轨前的速度， C 正确；由 T 2期增大， D 项正确。 答案 破三 天体运动中的能量问题 般包括运动状态与能量的变化，即线速度、角速度、周期 9、以及动能、势能与机械能的变化，通常可以利用万有引力做功，确定动能和势能的变化。 若只有万有引力做功，则机械能守恒。 2 . 卫星速率增大 ( 发动机做正功 ) 会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动能减小，由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足 使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大；相反，卫星由于速率减小 ( 发动机做负功 ) 会做向心运动，轨道半径 减小，万有引力做正功，卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小。 【例 3 】 ( 多选 ) (2015 广东理综， 20) 在星球表面发射探测 10、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；当发射速度达到 2 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相等 D . 探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大 解析 由牛顿第二定律得 得 v 以 2 v 2 以探测器脱离星球的发射速度与探测器的质量无关， A 错误；因为地球与火星的以探测器脱离两星球所需的发射速度不相等， C 错误；探测器在 11、地球表面受到的引力 M 地 火星表面受到的引力为 M 火 1 地 2， B 正确；探测器脱离星球的过程中，引力做负功，引力势能逐渐增大， D 正确。 答案 变式训练】 3 . 2013 年我国相继完成 “ 神十 ” 与 “ 天宫 ” 对接、 “ 嫦娥 ” 携“ 玉兔 ” 落月两大航天工程。 某航天爱好者提出 “ 玉兔 ” 回家的设想：如图 6 ，将携带 “ 玉兔 ” 的返回系统由月球表面发射到 h 高度的轨道上，与在该轨道绕月球 做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送 “ 玉兔 ” 返回地球。 设 “ 玉兔 ” 质量为 m ，月球半径为 R ，月面的重力加速度为 g 月 ，以月面为零势能面。 “ 玉兔 ” 在 h 高度的引力势能可表示为 R h ），其中 G 为引力常量， M 为月球质量。 若忽略月球的自转，从开始发射到对接完成需要对 “ 玉兔 ” 做的功为 ( ) 图 6 h( h 2 R ) h( h 2 R ) h( h 22R ) h( h 12R ) 解析 设玉兔在高度 h 时的速度为 v ，则由万有引力定律得，R h ）2 m R h ）可知，玉兔在该轨道上的动能为 12R h ），由功能关系可知对玉兔做的功为 W R h ）12R h ）， 结合在月球表面： ， 整理可知 W h( h 12R ) ，故选项 D 正确。 答案 D 突破四 卫星。