2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章曲線運動萬有引力與航天專題提升六天體運動中的三類典型問題課件魯科版

1、專題提升專題提升( (六六) )天體運動中的三類典型問題天體運動中的三類典型問題分類研析分類研析拓展提升拓展提升類型一類型一 近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星及赤道上物體的近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星及赤道上物體的運動問題運動問題赤道上物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的動力學(xué)特點赤道上物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的動力學(xué)特點 例例1 (多選多選)如圖所示如圖所示,a是靜止在赤道上的物體是靜止在赤道上的物體,b,c是同一平面內(nèi)兩顆人造是同一平面內(nèi)兩顆人造衛(wèi)星衛(wèi)星.b位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上,c是地球同步衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星.則以下判則以下判斷正確的是斷正確的是( )a.衛(wèi)星衛(wèi)星b的速度

2、大小等于地球的第一宇宙速度的速度大小等于地球的第一宇宙速度b.a,b的線速度大小關(guān)系為的線速度大小關(guān)系為vavbc.周期大小關(guān)系為周期大小關(guān)系為ta=tctbd.若衛(wèi)星若衛(wèi)星b要靠近要靠近c所在軌道所在軌道,需要先加速需要先加速cd審題指導(dǎo)審題指導(dǎo):解此題注意三點解此題注意三點:(1)地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn),與地球和地球同步衛(wèi)星有相同的角速度與地球和地球同步衛(wèi)星有相同的角速度.(2)近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都滿足衛(wèi)星運行規(guī)律近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都滿足衛(wèi)星運行規(guī)律.(3)近地衛(wèi)星與地面上物體比較時要借助地球同步衛(wèi)星這一橋梁近地衛(wèi)星與地面上物體比較時要借助地球同步衛(wèi)星這一橋梁.題組訓(xùn)

3、練題組訓(xùn)練1.(2016四川卷四川卷,3)國務(wù)院批復(fù)國務(wù)院批復(fù),自自2016年起將年起將4月月24日設(shè)立為日設(shè)立為“中國航天中國航天日日”.1970年年4月月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號,目前仍然在橢目前仍然在橢圓軌道上運行圓軌道上運行,其軌道近地點高度約為其軌道近地點高度約為440 km,遠地點高度約為遠地點高度約為2 060 km;1984年年4月月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35 786 km的地球同步的地球同步軌道上軌道上.設(shè)東方紅一號在遠地點的加速度為設(shè)東方紅一號在遠地點的加速度

4、為a1,東方紅二號的加速度為東方紅二號的加速度為a2,固定固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3,則則a1,a2,a3的大小關(guān)系為的大小關(guān)系為( )a.a2a1a3b.a3a2a1c.a3a1a2d.a1a2a3dbcd 類型二類型二 航天器的變軌問題航天器的變軌問題1.衛(wèi)星發(fā)射及變軌過程概述衛(wèi)星發(fā)射及變軌過程概述人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌方可到達預(yù)定軌道人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌方可到達預(yù)定軌道.如圖所示如圖所示,發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星的過程大致有以下幾個步驟的過程大致有以下幾個步驟:(1)為了節(jié)省能量為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向

5、發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道上上.(2)在在a處點火加速處點火加速,由于速度變大由于速度變大,進入橢圓軌道進入橢圓軌道.(3)在在b處處(遠地點遠地點)再次點火加速進入圓形軌道再次點火加速進入圓形軌道.角度角度1變軌過程中各物理量的變化變軌過程中各物理量的變化例例2 (2019河北唐山模擬河北唐山模擬)(多選多選)如圖所示如圖所示,地球衛(wèi)星地球衛(wèi)星a,b分別在橢圓軌道、圓分別在橢圓軌道、圓形軌道上運行形軌道上運行,橢圓軌道在遠地點橢圓軌道在遠地點a處與圓形軌道相切處與圓形軌道相切,則則( )a.衛(wèi)星衛(wèi)星a的運行周期比衛(wèi)星的運行周期比衛(wèi)星b的運行周期短的運行周期短b.

6、兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過a點處時點處時,a的速度大于的速度大于b的速度的速度c.兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過a點處時點處時,a的加速度小于的加速度小于b的加速度的加速度d.衛(wèi)星衛(wèi)星a在在a點處通過加速可以到圓軌道上運行點處通過加速可以到圓軌道上運行ad解析解析:由于衛(wèi)星由于衛(wèi)星a的運行軌道的半長軸比衛(wèi)星的運行軌道的半長軸比衛(wèi)星b的運行軌道半徑短的運行軌道半徑短,根據(jù)開普勒根據(jù)開普勒第三定律第三定律,衛(wèi)星衛(wèi)星a的運行周期比衛(wèi)星的運行周期比衛(wèi)星b的運行周期短的運行周期短,選項選項a正確正確;兩顆衛(wèi)星分別兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過經(jīng)過a點處時點處時,a的速度小于的速度小于b的速度的速度,若衛(wèi)星若衛(wèi)

7、星a在在a點處加速后萬有引力恰好提點處加速后萬有引力恰好提供向心力供向心力,則可以做勻速圓周運動則可以做勻速圓周運動,選項選項b錯誤錯誤,d正確正確;兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過a點點處處,a的加速度等于的加速度等于b的加速度的加速度,選項選項c錯誤錯誤.角度角度2變軌問題中能量分析變軌問題中能量分析例例3 (多選多選)目前目前,在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉(zhuǎn)在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉(zhuǎn),其中一些衛(wèi)星其中一些衛(wèi)星的軌道可近似為圓的軌道可近似為圓,且軌道半徑逐漸變小且軌道半徑逐漸變小.若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程若衛(wèi)星在軌道半徑逐漸變小的過程中中,只受到地球引力和稀薄氣體

8、阻力的作用只受到地球引力和稀薄氣體阻力的作用,則下列判斷正確的是則下列判斷正確的是( )a.衛(wèi)星的動能逐漸減小衛(wèi)星的動能逐漸減小b.由于地球引力做正功由于地球引力做正功,引力勢能一定減小引力勢能一定減小c.由于氣體阻力做負功由于氣體阻力做負功,地球引力做正功地球引力做正功,機械能保持不變機械能保持不變d.衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小衛(wèi)星克服氣體阻力做的功小于引力勢能的減小bd規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 衛(wèi)星變軌問題衛(wèi)星變軌問題“四個四個”物理量的規(guī)律分析物理量的規(guī)律分析(1)速度速度:如圖所示如圖所示,設(shè)衛(wèi)星在圓軌道設(shè)衛(wèi)星在圓軌道和和上運行時的速率分別為上運行時的速率分別為v1,v3,在軌道

9、在軌道上過上過a點和點和b點時速率分別為點時速率分別為va,vb.在在a點加速由軌道點加速由軌道變?yōu)檐壍雷優(yōu)檐壍?則則vav1,在在b點加速由軌道點加速由軌道變?yōu)檐壍雷優(yōu)檐壍?則則v3vb,又因又因v1v3,故有故有vav1v3vb.(2)加速度加速度:因為在因為在a點衛(wèi)星只受到萬有引力作用點衛(wèi)星只受到萬有引力作用,故不論從軌道故不論從軌道還是軌道還是軌道上經(jīng)過上經(jīng)過a點點,衛(wèi)星的加速度都相同衛(wèi)星的加速度都相同,同理同理,經(jīng)過經(jīng)過b點加速度也相同點加速度也相同.題組訓(xùn)練題組訓(xùn)練1.(多選多選)如圖所示如圖所示,在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中,衛(wèi)星首先進入橢圓軌道衛(wèi)星首先進

10、入橢圓軌道,然后在然后在q點通過改變衛(wèi)星速度點通過改變衛(wèi)星速度,讓衛(wèi)星進入地球同步軌道讓衛(wèi)星進入地球同步軌道,則則( )a.該衛(wèi)星在該衛(wèi)星在p點的速度大于點的速度大于7.9 km/s,小于小于11.2 km/sb.衛(wèi)星在同步軌道衛(wèi)星在同步軌道上的運行速度大于上的運行速度大于7.9 km/sc.在軌道在軌道上上,衛(wèi)星在衛(wèi)星在p點的速度大于在點的速度大于在q點的速度點的速度d.衛(wèi)星在衛(wèi)星在q點通過加速實現(xiàn)由軌道點通過加速實現(xiàn)由軌道進入軌道進入軌道acd解析解析:衛(wèi)星在衛(wèi)星在p點做圓周運動的速度為點做圓周運動的速度為7.9 km/s,衛(wèi)星在衛(wèi)星在p點的速度大于點的速度大于7.9 km/s會做離心運動

11、會做離心運動,運動軌跡為橢圓運動軌跡為橢圓,但必須小于但必須小于11.2 km/s,否則就會脫離地球束縛否則就會脫離地球束縛,故故a正確正確;環(huán)繞地球做圓周運動的人造衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運動的人造衛(wèi)星,最大的運行速度是最大的運行速度是7.9 km/s,故故b錯錯誤誤;p點比點比q點離地球近點離地球近,故在軌道故在軌道上上,衛(wèi)星在衛(wèi)星在p點的速度大于在點的速度大于在q點的速度點的速度,c正確正確;衛(wèi)星在衛(wèi)星在q點通過加速實現(xiàn)由軌道點通過加速實現(xiàn)由軌道進入軌道進入軌道,故故d正確正確.2.(2019河南南陽月考河南南陽月考)(多選多選)若若“嫦娥四號嫦娥四號”從距月面高度為從距月面高度為100 km

12、的環(huán)月的環(huán)月圓形軌道圓形軌道上的上的p點實施變軌點實施變軌,進入近月點為進入近月點為15 km的橢圓軌道的橢圓軌道,由近月點由近月點q落月落月,如圖所示如圖所示.關(guān)于關(guān)于“嫦娥四號嫦娥四號”,下列說法正確的是下列說法正確的是( )a.沿軌道沿軌道運動至運動至p時時,需制動減速才能進入軌道需制動減速才能進入軌道b.沿軌道沿軌道運行的周期大于沿軌道運行的周期大于沿軌道運行的周期運行的周期c.沿軌道沿軌道運行時運行時,在在p點的加速度大于在點的加速度大于在q點的加速度點的加速度d.在軌道在軌道上由上由p點運行到點運行到q點的過程中點的過程中,萬有引力對其做正功萬有引力對其做正功,它的動能增加它的動能

13、增加,重力勢能減小重力勢能減小,機械能不變機械能不變ad類型三類型三 雙星或多星模型雙星或多星模型1.宇宙雙星問題宇宙雙星問題(1)特點特點:如圖如圖(甲甲)所示繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個星體組成的系統(tǒng)所示繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個星體組成的系統(tǒng),我們稱之為雙我們稱之為雙星系統(tǒng)星系統(tǒng).3.宇宙四星問題宇宙四星問題(1)其中一種是四顆質(zhì)量相等的星體位于正方形的四個頂點上其中一種是四顆質(zhì)量相等的星體位于正方形的四個頂點上,沿著外接于正沿著外接于正方形的圓形軌道做勻速圓周運動方形的圓形軌道做勻速圓周運動如圖如圖(丁丁)所示所示.(2)另一種是三顆星體始終位于正三角形的三個頂點上另一種是三顆星體始終位于正三角形的

14、三個頂點上,另一顆位于中心另一顆位于中心o,外外圍三顆星繞圍三顆星繞o做勻速圓周運動做勻速圓周運動如圖如圖(戊戊)所示所示.三顆星體轉(zhuǎn)動的方向相同三顆星體轉(zhuǎn)動的方向相同,周期、周期、角速度、線速度的大小相等角速度、線速度的大小相等.4.宇宙多星的分析思路宇宙多星的分析思路角度角度1雙星問題雙星問題例例4 宇宙中兩顆相距較近的天體稱為宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星雙星”,它們以二者連線上的某一點它們以二者連線上的某一點為圓心做勻速圓周運動為圓心做勻速圓周運動,而不至于因為萬有引力的作用而吸引到一起而不至于因為萬有引力的作用而吸引到一起.如圖所如圖所示示,某雙星系統(tǒng)中某雙星系統(tǒng)中a,b兩顆天體

15、繞兩顆天體繞o點做勻速圓周運動點做勻速圓周運動,它們的軌道半徑之比它們的軌道半徑之比ra rb=1 2,則兩顆天體的則兩顆天體的( )a.質(zhì)量之比質(zhì)量之比ma mb=2 1b.角速度之比角速度之比a b=1 2c.線速度大小之比線速度大小之比va vb=2 1d.向心力大小之比向心力大小之比fa fb=2 1a誤區(qū)警示誤區(qū)警示(1)雙星系統(tǒng)中雙星系統(tǒng)中,兩星的向心力大小一定相等兩星的向心力大小一定相等,等于它們之間的萬有引力等于它們之間的萬有引力,向心力向心力不會因為兩星質(zhì)量、軌道半徑不同而不同不會因為兩星質(zhì)量、軌道半徑不同而不同.(2)萬有引力定律表達式中的萬有引力定律表達式中的r表示雙星間

16、的距離表示雙星間的距離,此處應(yīng)該是此處應(yīng)該是l;而向心力表達而向心力表達式中的式中的r表示它們各自做圓周運動的半徑表示它們各自做圓周運動的半徑,此處為此處為r1,r2,千萬不可混淆千萬不可混淆.b 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)(1)多星問題中多星問題中,質(zhì)量相同的各星處于同一圓軌道上質(zhì)量相同的各星處于同一圓軌道上,繞某一點做勻速圓周運動繞某一點做勻速圓周運動,或處于同一直線上的三星繞其中一顆做勻速圓周運動或處于同一直線上的三星繞其中一顆做勻速圓周運動,某一星體所需向心力某一星體所需向心力是其他星體對它萬有引力的矢量和是其他星體對它萬有引力的矢量和.(2)解題時首先明確多星系統(tǒng)中各星體的位置及周期關(guān)系解題時

17、首先明確多星系統(tǒng)中各星體的位置及周期關(guān)系,再分析各星做勻速再分析各星做勻速圓周運動的向心力的來源和軌道半徑圓周運動的向心力的來源和軌道半徑.題組訓(xùn)練題組訓(xùn)練1.兩個質(zhì)量不同的天體構(gòu)成雙星系統(tǒng)兩個質(zhì)量不同的天體構(gòu)成雙星系統(tǒng),它們以二者連線上的某一點為圓心做勻它們以二者連線上的某一點為圓心做勻速圓周運動速圓周運動,下列說法正確的是下列說法正確的是( )a.質(zhì)量大的天體線速度較大質(zhì)量大的天體線速度較大b.質(zhì)量小的天體角速度較大質(zhì)量小的天體角速度較大c.兩個天體的向心力大小相等兩個天體的向心力大小相等d.若在圓心處放一個質(zhì)點若在圓心處放一個質(zhì)點,它受到的合力為零它受到的合力為零cbc 真題試做真題試做

18、模擬演練模擬演練1.(2019北京卷北京卷,18)2019年年5月月17日日,我國成功發(fā)射第我國成功發(fā)射第45顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星,該衛(wèi)星該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星).該衛(wèi)星該衛(wèi)星( )a.入軌后可以位于北京正上方入軌后可以位于北京正上方b.入軌后的速度大于第一宇宙速度入軌后的速度大于第一宇宙速度c.發(fā)射速度大于第二宇宙速度發(fā)射速度大于第二宇宙速度d.若發(fā)射到近地圓軌道所需能量較少若發(fā)射到近地圓軌道所需能量較少d2.(2018全國全國卷卷,20)(多選多選)2017年年,人類第一次直接探測到來自雙中子星合并人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力

19、波的引力波.根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程,在兩顆中子星合并前約在兩顆中子星合并前約100 s時時,它們相距它們相距約約400 km,繞二者連線上的某點每秒轉(zhuǎn)動繞二者連線上的某點每秒轉(zhuǎn)動12圈圈.將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體勻分布的球體,由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識,可以估算出可以估算出這一時刻兩顆中子星這一時刻兩顆中子星( )a.質(zhì)量之積質(zhì)量之積b.質(zhì)量之和質(zhì)量之和c.速率之和速率之和d.各自的自轉(zhuǎn)角速度各自的自轉(zhuǎn)角速度bc3.(2016天津卷天津卷,3)我國即將發(fā)射我國即將發(fā)射“天宮二

20、號天宮二號”空間實驗室空間實驗室,之后發(fā)射之后發(fā)射“神舟十神舟十一號一號”飛船與飛船與“天宮二號天宮二號”對接對接.假設(shè)假設(shè)“天宮二號天宮二號”與與“神舟十一號神舟十一號”都圍都圍繞地球做勻速圓周運動繞地球做勻速圓周運動,為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接,下列措施可行的下列措施可行的是是( )a.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后飛船加速追上空間實驗室實然后飛船加速追上空間實驗室實現(xiàn)對接現(xiàn)對接b.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后空間實驗然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接室減速等待飛船實現(xiàn)對接c.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速,加速后飛船逐漸靠近空間實加速后飛船逐漸靠近空間實驗室驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接兩者速度接近時實現(xiàn)對接d.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速,減速后飛船逐漸靠近空間實減速后飛船逐漸靠近空間實驗室驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接兩者速度接近時實現(xiàn)對接c解析解析:使飛船與空間