高中物理第三章万有引力定律微型专题3卫星变轨问题和双星问题省公开课一等奖新名师优质课获奖课件.pptx

,微型专题,3,卫星变轨问题和双星问题,第三章,万有引力定律,1/26,学习,目标,1.,会分析卫星变轨问题，知道卫星变轨原因和变轨前后卫星速度改变,.,2.,掌握双星运动特点，会分析求解双星运动周期和角速度,.,2/26,内容索引,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,3/26,重点探究,4/26,1.,发射问题,一、人造卫星发射、变轨与对接,5/26,2.,卫星变轨问题,卫星变轨时，先是线速度,v,发生改变造成需要向心力发生改变，进而使轨道半径,r,发生改变,.,(1),当卫星减速时，卫星所需向心力,F,向,减小，万有引力大于卫星,所需向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁,.,(2),当卫星加速时，卫星所需向心力,F,向,增大，万有引力不足以提,供卫星所需向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁,.,以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度依据,.,6/26,3.,飞船对接问题,(1),低轨道飞船与高轨道空间站对接如图,1,甲所表示，低轨道飞船经过合理地加速，沿椭圆轨道,(,做离心运动,),追上高轨道空间站与其完成对接,.,图,1,(2),同一轨道飞船与空间站对接,如图乙所表示，后面飞船先减速降低高度，再加速提升高度，经过适当控制，使飞船追上空间站时恰好含有相同速度,.,7/26,例,1,如图,2,所表示为卫星发射过程示意图，先将卫星发射至近地圆轨道,1,，然后经点火，使其沿椭圆轨道,2,运行，最终再一次点火，将卫星送入同时圆轨道,3.,轨道,1,、,2,相切于,Q,点，轨道,2,、,3,相切于,P,点，则当卫,星分别在,1,、,2,、,3,轨道上正常运行时，以下说法中正确是,A.,卫星在轨道,3,上速率大于在轨道,1,上速率,B.,卫星在轨道,3,上周期大于在轨道,2,上周期,C.,卫星在轨道,1,上经过,Q,点时速率大于它在轨道,2,上经过,Q,点时速率,D.,卫星在轨道,2,上经过,P,点时加速度小于它在轨道,3,上经过,P,点时加速度,图,2,解析,答案,8/26,解析,卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有：,因为,r,1,r,3,，所以,v,1,v,3,，,A,项错误；,由开普勒第三定律知,T,3,T,2,，,B,项正确；,在,Q,点从轨道,1,到轨道,2,需要做离心运动，故需要加速，,所以在,Q,点,v,2,Q,v,1,Q,，,C,项错误；,9/26,判断卫星变轨时速度、加速度改变情况思绪：,(1),判断卫星在不一样圆轨道运行速度大小时，可依据,“,越远越慢,”,规律判断,.,(2),判断卫星在同一椭圆轨道上不一样点速度大小时，可依据开普勒第二定律判断，即离中心天体越远，速度越小,.,(3),判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时速度大小怎样改变时，可依据离心运动或近心运动条件进行分析,.,总结提升,10/26,针对训练,1,年,6,月,19,日，我国在西昌卫星发射中心发射,“,中星,9A,”,广播电视直播卫星，按预定计划，,“,中星,9A,”,应该首先被送入近地点约为,200,公里，远地点约为,3.6,万公里转移轨道,(,椭圆,),，然后经过在远地点变轨，进入最终同时轨道,(,圆形,).,不过因为火箭故障，卫星实际入轨后初始轨道,远地点只有,1.6,万公里,.,科技人员没有放弃，经过精心操作，利用卫星自带燃料在近地点点火，尽可能抬高远地点高度，经过,10,次轨道调整，终于在,7,月,5,日成功定点于预定轨道，如图,3,所表示,.,以下说法正确是,A.,“,中星,9A,”,发射失利原因可能是发射速度没有到达,7.9 km/s,B.,卫星在轨道,经过,Q,点时和在轨道,经过,Q,点时速度相同,C.,卫星在轨道,经过,Q,点加速度大于它经过,P,点时加速度,D.,卫星从轨道,P,点进入轨道,后速度增加,图,3,解析,答案,11/26,解析,“,中星,9A,”,已经成功发射至远地点,1.6,万公里椭圆轨道上,.,其发射速度大于第一宇宙速度，,A,项错误；,在,Q,点从轨道,到轨道,要加速，所以,v,v,，,B,项错误；,在,P,点从轨道,进入轨道,要加速，,D,项正确,.,12/26,1.,如图,4,所表示，宇宙中有相距较近、质量相差不大两个星球，它们离其它星球都较远，所以其它星球对它们万有引力能够忽略不计,.,在这种情况下，它们将围绕它们连线上某一固定点做周期相同匀速圆周运动，这种结构叫做,“,双星,”,.,二、双星问题,图,4,13/26,2.,双星问题特点,(1),两星运动轨道为同心圆，圆心是它们之间连线上某一点,.,(2),两星向心力大小相等，由它们间万有引力提供,.,(3),两星运动周期、角速度相同,.,(4),两星轨道半径之和等于两星之间距离，即,r,1,r,2,L,.,14/26,例,2,两个靠得很近天体，离其它天体非常遥远，它们以其连线上某一点,O,为圆心各自做匀速圆周运动，二者距离保持不变，科学家把这么两个天体称为,“,双星,”,，如图,5,所表示,.,已知双星质量分别为,m,1,和,m,2,，它们之间距离为,L,，求双星运行轨道半径,r,1,和,r,2,及运行周期,T,.,解析,答案,图,5,15/26,解析,双星间万有引力提供了各自做圆周运动向心力,16/26,针对训练,2,(,多项选择,),年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并引力波,.,依据科学家们复原过程，在两颗中子星合并前约,100 s,时，它们相距约,400 km,，绕二者连线上某点每秒转动,12,圈,.,将两颗中子星都看做是质量均匀分布球体，由这些数据、引力常量并利用牛顿力学知识，能够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.,各自自转角速度,解析,答案,17/26,每秒转动,12,圈，角速度已知，,中子星运动时，由万有引力提供向心力得,解析,两颗中子星运动到某位置示意图如图所表示,l,r,1,r,2,18/26,质量之和能够估算,.,由线速度与角速度关系,v,r,得,v,1,r,1,v,2,r,2,由,式得,v,1,v,2,(,r,1,r,2,),l,，速率之和能够估算,.,质量之积和各自自转角速度无法求解,.,19/26,达标检测,20/26,1.,(,卫星变轨问题,),(,多项选择,),担负着,“,落月,”,和,“,勘察,”,重担,“,嫦娥三号,”,沿地月转移轨道直奔月球，如图,6,所表示，在距月球表面,100 km,P,点进行第一次制动后被月球捕捉，进入椭圆轨道,绕月飞行，之后，卫星在,P,点又经过第二次,“,刹车制动,”,，进入距月球表面,100 km,圆形工作轨道,，绕月球做匀速圆周运动，在经过,P,点时会再一次,“,刹车制动,”,进入近月点距月球表面,15,公里椭圆轨道,，然后择机在近月点下降进行软着陆，则以下说法正确是,A.,“,嫦娥三号,”,在轨道,上运动周期最长,B.,“,嫦娥三号,”,在轨道,上运动周期最长,C.,“,嫦娥三号,”,经过,P,点时在轨道,上运动线速度最大,D.,“,嫦娥三号,”,经过,P,点时，在三个轨道上加速度相等,图,6,答案,解析,1,2,3,21/26,解析,因为,“,嫦娥三号,”,在轨道,上运动半长轴大于在轨道,上运动半径，也大于轨道,半长轴，依据开普勒第三定律可知，,“,嫦娥三号,”,在各轨道上稳定运行时周期关系为,T,T,T,，故,A,正确，,B,错误；,“,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，在三个轨道上线速度关系为,v,v,v,，故,C,错误；,因为,“,嫦娥三号,”,在,P,点时加速度只与所受到月球引力相关，故,D,正确,.,1,2,3,22/26,2.,(,卫星、飞船对接问题,),如图,7,所表示，我国发射,“,神舟十一号,”,飞船和,“,天宫二号,”,空间试验室于,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试验室对接，以下办法可行是,A.,使飞船与空间试验室在同一轨道上运行，然后飞船加,速追上空间试验室实现对接,B.,使飞船与空间试验室在同一轨道上运行，然后空间实,验室减速等候飞船实现对接,C.,飞船先在比空间试验室半径小轨道上加速，加速后飞船逐步靠近空间实,验室，二者速度靠近时实现对接,D.,飞船先在比空间试验室半径小轨道上减速，减速后飞船逐步靠近空间实,验室，二者速度靠近时实现对接,图,7,答案,解析,1,2,3,23/26,解析,飞船在同一轨道上加速追赶空间试验室时，速度增大，所需向心力大于万有引力，飞船将做离心运动，不能实现与空间试验室对接，选项,A,错误；,同时，空间试验室在同一轨道上减速等候飞船时，速度减小，所需向心力小于万有引力，空间试验室将做近心运动，也不能实现对接，选项,B,错误；,当飞船在比空间试验室半径小轨道上加速时，飞船将做离心运动，逐步靠近空间试验室，可实现对接，选项,C,正确；,当飞船在比空间试验室半径小轨道上减速时，飞船将做近心运动，远离空间试验室，不能实现对接，选项,D,错误,.,1,2,3,24/26,3.,(,双星问题,),如图,8,所表示，两颗星球组成双星，在相互之间万有引力作用下，绕连线上,O,点做周期相同匀速圆周运动,.,现测得两颗星之间距离为,L,，质量之比为,m,1,m,2,3,2,，以下说法中正确是,A.,m,1,、,m,2,做圆周运动线速度之比为,3,2,B.,m,1,、,m,2,做圆周运动角速度之比为,3,2,C.,m,1,做圆周运动半径为,D.,m,2,做圆周运动半径为,答案,图,8,解析,1,2,3,25/26,解析,设双星,m,1,、,m,2,距转动中心,O,距离分别为,r,1,、,r,2,，双星绕,O,点转动角速度均为,，据万有引力定律和牛顿第二定律得,m,1,、,m,2,运动线速度分别为,v,1,r,1,，,v,2,r,2,，,故,v,1,v,2,r,1,r,2,2,3.,总而言之，选项,C,正确,.,1,2,3,26/26,