宇宙航行課件-高一下學(xué)期物理人教版

第七章

萬有引力與宇宙航行人教版必修二7.3萬有引力理論的成就1.知道衛(wèi)星如何變軌的，衛(wèi)星在各個軌道上加速度、速度、周期等關(guān)系2.掌握雙星系統(tǒng)質(zhì)量、半徑、速度的關(guān)系3.了解天體的追及相遇問題，什么時候最遠(yuǎn)和最近。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)二、新知講解2、多星系統(tǒng)1、變軌問題3、衛(wèi)星追及問題目

錄衛(wèi)星變軌衛(wèi)星發(fā)射的兩種方法直線發(fā)射（高軌發(fā)射）：整個發(fā)射過程中，運載火箭在入軌前始終處于動力飛行狀態(tài)，要消耗大量燃料。變軌發(fā)射（近地發(fā)射）：運載火箭消耗的燃料少，發(fā)射場的位置也不受限制。對于低軌道衛(wèi)星來說，一般選擇垂直發(fā)射突破大氣層后直接入軌，而中、高軌道衛(wèi)星的發(fā)射一般經(jīng)歷以下三個階段：①停泊軌道；②轉(zhuǎn)移軌道；③同步軌道。二、新知講解vF引F引＜F向F引＞F向衛(wèi)星變軌的實質(zhì)MmA二、新知講解衛(wèi)星的變軌過程

1軌道做勻速圓周運動

3軌道做勻速圓周運動

A點做離心運動

vBv31v1vA減速，vA>vB23θ＞900vF引加速vA>v1加速v3>vB切點A切點B二、新知講解123PQO1軌道的Q點，點火加速，到達(dá)2軌道；2軌道的P點，再點火加速，到達(dá)3軌道；2橢圓軌道：1、3圓軌道：綜上：變軌點變軌點開普勒第二定律比較速度關(guān)系離心運動：二、新知講解123PQO變軌點變軌點開普勒第三定律：比較周期關(guān)系橢圓軌道：圓軌道：（比較半徑）（比較半長軸）綜上：二、新知講解123PQO變軌點變軌點比較加速度關(guān)系1、3圓軌道：1、2軌道的Q為同一個點：2、3軌道的P為同一個點：綜上：二、新知講解【典型例題1】如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星的一般程序是：先讓衛(wèi)星進(jìn)入一個近地的圓軌道，然后在P點變軌，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道(該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P點，遠(yuǎn)地點為同步圓軌道上的Q點)，到達(dá)遠(yuǎn)地點Q時再次變軌，進(jìn)入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點P點的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點Q時的速率為v3，在同步軌道上的速率為v4，三個軌道上運動的周期分別為T1、T2、T3，則下列說法正確的是(

)

CD二、新知講解

宇宙中，有兩顆星在一起組成的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，有三顆星的，也有更多顆星體組成的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。二、雙星模型二、新知講解1.兩顆恒星均繞共同的中心做勻速圓周運動，軌道半徑r1、r2與兩恒星間距離L的關(guān)系為r1＋r2＝L；2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，即兩顆恒星受到的向心力Fn大小相等；3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時刻三點共線，即兩顆恒星角速度ω相同，周期T相同。一、雙星系統(tǒng)的特點O二、新知講解對m1:對m2:【計算1】如圖，雙星的質(zhì)量分別為m1、m2，它們之間的距離為L，求各自圓周運動的半徑r1、r2的大小及r1、r2的比值。規(guī)律：m越大，旋轉(zhuǎn)半徑越小，離中心越近。r1+r2=Lr1r2m2m1Lo二、新知講解對m1:對m2:【計算2】如圖，雙星的質(zhì)量分別為m1、m2，它們之間的距離為L，軌道半徑分別為r1和r2，求它們的線速度v1、v2的比值。r1r2m2m1Lo二、新知講解【計算3】如圖，A、B為雙星系統(tǒng)，它們之間的距離為L，軌道半徑分別為r1和r2，若運動周期為T，求兩星的總質(zhì)量。r1r2BALo對A:對B:①①+②得：②二、新知講解【典型例題2】有一對相互環(huán)繞旋轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)，如圖7所示.若圖中雙黑洞的質(zhì)量分別為M1和M2，它們以兩者連線上的某一點為圓心做勻速圓周運動.根據(jù)所學(xué)知識，下列說法中正確的是（）圖2A.雙黑洞的角速度之比

ω1∶ω2＝M2∶M1B.雙黑洞的軌道半徑之比

r1∶r2＝M2∶M1C.雙黑洞的線速度大小之比

v1∶v2＝M1∶M2D.雙黑洞的向心加速度大小之比

a1∶a2＝M2∶M1BD二、新知講解“三星”模型“四星”模型二、新知講解三、天體的追及相遇在天體運動的問題中，我們常遇到一些這樣的問題。比如，A、B兩天體都繞同一中心天體做圓周運動，某時刻A、B相距最近，問A、B下一次相距最近或最遠(yuǎn)需要多少時間，或“至少”需要多少時間等問題。而對于此類問題的解決和我們在直線運動中的追及相遇問題在思維有上一些相似的地方，故我們也常說成“天體的追及與相遇

”。AB二、新知講解問題情景1：相距最近如圖，兩天體的運轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心連線半徑的同側(cè)，此時兩天體相距最近。求經(jīng)過多長時間t二者會再次相距最近？設(shè)處于內(nèi)軌道的A天體周期為T1，處于外軌道的B天體周期為T2，當(dāng)t滿足下列式子時二者相距最近：或AB二、新知講解問題情景2：相距最遠(yuǎn)如圖，兩天體的運轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心連線半徑的同側(cè)，此時兩天體相距最近。求經(jīng)過多長時間t二者會再次相距最遠(yuǎn)？或AB設(shè)處于內(nèi)軌道的A天體周期為T1，處于外軌道的B天體周期為T2，當(dāng)t滿足下列式子時二者相距最遠(yuǎn)：二、新知講解總結(jié)3.軌道平面不重合時，兩天體只有在同一時刻位于中心天體同一側(cè)的同一直線上時發(fā)生相遇。二、新知講解【典型例題3】如圖所示，有A、B兩個行星繞同一恒星O做圓周運動，旋轉(zhuǎn)方向相同，A行星的周期為T1，B行星的周期為T2，在某一時刻兩行星第一次相遇（即兩行星距離最近），則()A．經(jīng)過時間

，兩行星將第二次相遇B．經(jīng)過時間

，兩行星將第二次相遇C．經(jīng)過時間

，兩行星第一次相距最遠(yuǎn)D．經(jīng)過時間

，兩行星第一次相距最遠(yuǎn)BC二、新知講解1、天文學(xué)家將相距較近，僅在彼此的引力作用下運行的兩顆星球稱為雙星系統(tǒng)。設(shè)某雙星系統(tǒng)繞其連線上的O點做勻速圓周運動，如圖所示。若AO<OB，則（）A．星球A的質(zhì)量小于星球B的質(zhì)量。B．星球A的線速度等于星球B的線速度。C．雙星之間的距離一定，雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量越小，轉(zhuǎn)動的周期越小。D．雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量一定，雙星之間的距離越大，轉(zhuǎn)動的周期越大。D三、當(dāng)堂檢測2.(多選)在我國“神舟十三號”載人飛船與天和核心艙的交會對接中,控制飛船的速度是關(guān)鍵。如圖所示,“神舟十三號”載人飛船以速度v1在圓軌道Ⅰ上做勻速圓周運動，當(dāng)其運動到P點時進(jìn)行點火加速,使自身速度在較短時間內(nèi)增加到v2，飛船實現(xiàn)變換軌道,在橢圓軌道Ⅱ上運行,到達(dá)Q點的速度大小為v3。以下說法正確的是(

)A.飛船的速度大小關(guān)系為v2>v3>v1B.飛船在P點時的重力加速度大于在Q點時的重力加速度。C.飛船在軌道Ⅱ上的運行周期小于在軌道Ⅰ上的運行周期。D.飛船在軌道Ⅱ上經(jīng)過P點的加速度大于經(jīng)過Q點的加速度。BD三、當(dāng)堂檢測3.飛船沿半徑為R的圓周運動繞地球運動，其周期為T.如圖所示，飛船要返回地面，可以在軌道上的某點A處，將速率降到適當(dāng)?shù)臄?shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點的特殊橢圓軌道運動，橢圓和地球表面在B點相切。如果地球半徑為R0

，求飛船由A點運動到B點所需的時間。橢圓軌道：圓周軌道：4．2021年9月20日，“天舟三號”貨運飛船采用自主快速交會對接模式成功對接于空間站“天和”核心艙后向端口。假如開始對接前空間站和貨運飛船都在沿逆時針方向做勻速圓周運動，其軌道如圖所示，開始對接后，貨運飛船變軌，從空間站后方以大于空間站的速度與之對接，不計空氣阻力，下列說法正確的是（

）A．對接前，貨運飛船做勻速圓周運動的速度大于空間站做勻速圓周運動的速度 B．對接前，貨運飛船做勻速圓周運動的周期大于空間站做勻速圓周運動的周期 C．貨運飛船只有加速才能與空間站對接 D．對接后組合體的速度大于第一宇宙速度A三、當(dāng)堂檢測5．“神舟十號”與“天宮一號”多次成功實現(xiàn)交會對接.如圖所示，交會對接前“神舟十號”飛船先在較低圓軌道1上做圓周運動，在適當(dāng)位置經(jīng)變軌后與圓軌道2上運動的“天宮一號”對接.M．Q兩點在軌道1上，P點在軌道2上，三點連線過地心，把飛船的加速過程簡化為只做一次短時加速.下列關(guān)于“神船十號”變軌過程的描述，正確的是（

）A．“神船十號”在M點加速，則一定會在P點與“天宮一號”相遇B．“神船十號”可以與“天宮一號”同軌加速追及C．“神船十號”在軌