人教版新高考物理一轮总复习--天体运动中的三类问题课件PPT

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星就是其中的一种。2.极地轨道:卫星的轨道过南、北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星。3.其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道。所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心。
当卫星开启、关闭发动机或受空气阻力作用时,万有引力不再等于向心力,卫星将做变轨运行:
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。同步卫星有以下“七个一定”的特点:(1)轨道平面一定:轨道平面与赤道平面共面。(2)周期一定:与地球自转周期相同,即T=24 h。 (3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。
(7)绕行方向一定:运行方向与地球自转方向一致。注意:地球同步卫星的运行参数都相同,但卫星的质量不一定相同。
追本溯源右图是某颗地球同步卫星的发射过程示意图,试分析:(1)v1、v2、v3关系是怎样的?(2)在P点怎样才能由轨道Ⅰ转移到轨道Ⅱ?
提示 (1)v2> v1> v3。(2)在P点点火加速能由轨道Ⅰ转移到轨道Ⅱ。
1.思考判断(1)近地卫星距离地球最近,环绕速度最小。( )(2)人造地球卫星绕地球运动,其轨道平面一定过地心。( )(3)地球同步卫星根据需要可以定点在北方正上空。( )(4)极地卫星通过地球两极,且始终和地球某一经线平面重合。( )(5)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。( )
2.现对于发射地球同步卫星的过程分析,如图所示,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,P点是轨道Ⅰ上的近地点,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道Ⅱ,则( )A.卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于第一宇宙速度7.9 km/sB.该卫星的发射速度必定大于第二宇宙速度11.2 km/sC.在轨道Ⅰ上,卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/sD.在轨道Ⅰ上,卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
3.(多选)利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信。目前地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍,假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则下列说法正确的是( )A.三颗同步卫星质量必须相同B.地球自转周期的最小值约为4 hC.对应地球自转周期最小值的同步卫星,距离地面高度为地球半径的2倍D.目前的同步卫星和地球自转周期最小值的同步卫星的向心加速度之比为1∶3.32
整合构建1.同步卫星的运动规律
2.近地卫星、同步卫星及赤道上物体的比较如图所示,a为近地卫星,半径为r1;b为地球同步卫星,半径为r2;c为赤道上随地球自转的物体,半径为r3。
考向1 同步卫星的认识【典例1】 “静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法正确的是( )
误区警示天体运动的“两个区别”1.两个向心加速度
训练突破1.(多选)(2020·湖北武汉三中期末)如图所示,a为地球赤道上的物体,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球同步卫星。关于a、b、c做匀速圆周运动的说法正确的是( )A.向心力关系为Fa>Fb>FcB.周期关系为Ta=Tc整合构建当卫星开启发动机,或者受空气阻力作用时,万有引力不再等于向心力,卫星将做变轨运行,前者是轨道的突变,后者是轨道的渐变。1.卫星轨道的渐变
2.卫星轨道的突变由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,进入预定的轨道。如图所示,发射同步卫星时,可以分多过程完成:
考向1 航天器的变轨问题【典例3】 (多选)(2020·四川自贡高三一诊)下图是发射的一颗人造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7.9 km/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
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。
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
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。
训练突破2.(2020·山东德州期末)我国发射的嫦娥四号登月探测器已登陆月球表面,如图所示,嫦娥四号在环月圆轨道Ⅰ上的A点实施变轨,进入近月的椭圆轨道Ⅱ,由近月点B成功落月。下列关于嫦娥四号的说法,正确的是( )A.沿轨道Ⅱ运行至B点时,需向前喷气才能成功落月B.沿轨道Ⅰ运行的周期等于沿轨道Ⅱ运行的周期C.沿轨道Ⅱ运行时在A点的加速度大于沿轨道Ⅰ运行时在A点的加速度D.沿轨道Ⅱ运行时在A点的速度大于沿轨道Ⅰ运行时在A点的速度
整合构建1.卫星的对接航天飞船与宇宙空间站的“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。
2.“行星冲日”现象在不同圆周轨道上绕同一天体运动的两个行星,某一时刻会出现三者排成一条直线的“行星冲日”现象,即天体的“追及、相遇”现象。(1)相距最近:两卫星的运转方向相同,且位于和中心连线的半径上同侧时,两卫星相距最近,从运动关系上,两卫星运动关系应满足(ωA-ωB)t=2nπ(n=1,2,3,…)。(2)相距最远:当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时,两卫星相距最远,从运动关系上,两卫星运动关系应满足(ωA-ωB)t'=(2n-1)π(n=1,2,3,…)。
【典例5】 (2020·山东威海二模)我国北斗导航系统空间段由若干颗静止轨道卫星和非静止轨道卫星组成,静止轨道卫星是地球同步轨道卫星的一种。若有一颗与地球同步轨道卫星在同一轨道平面内的人造地球卫星,在自西向东绕地球运行,已知它的运行半径为同步轨道半径的四分之一,地球自转周期为T,某时刻该卫星与地球同步轨道卫星相距最近,则到下一次相距最近经历的最短时间为( )
训练突破3.某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆。每过n年,该行星会运行到日地连线的延长线上(相距最近),如图所示。该行星与地球的公转半径之比为( )
双星及多星模型模型构建1.双星
2.多星(1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度或周期相同。(2)三星模型:①三颗星位于同一直线上,两颗质量均为m的环绕星围绕中央星在同一半径为r的圆形轨道上运行(如图甲所示)。②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示)。
(3)四星模型:①四颗质量相等的星体位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示)。②三颗质量相等星体始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中点O,外围三颗星绕O做匀速圆周运动(如图丁所示)。
典例示范【例1】 (多选)(2018·全国卷Ⅰ)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100 s时,它们相距约400 km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星( )A.质量之积B.质量之和C.速率之和D.各自的自转角速度
【例2】 (多选)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所示,三颗质量均为m的恒星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,则( )
变式训练(多选)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用。已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式(如图所示):一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行。设这三颗星的质量均为m,并设两种系统的运动周期相同,则( )