《高考備考指南 物理 》課件-能力課　曲線運(yùn)動和萬有引力的應(yīng)用

曲線運(yùn)動萬有引力與航天第四章

能力課曲線運(yùn)動和萬有引力的應(yīng)用(本能力對應(yīng)系統(tǒng)用書P97)欄目導(dǎo)航01題點(diǎn)各個(gè)擊破題點(diǎn)各個(gè)擊破1命題點(diǎn)一衛(wèi)星的變軌問題［師生共研類］

2.衛(wèi)星的運(yùn)行軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(nèi)，同步衛(wèi)星就是其中的一種.(2)極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南北兩極，即在垂直于赤道的平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星.(3)其他軌道：除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道，且軌道平面一定通過地球的球心.3.變軌原理及過程(1)為了節(jié)省能量，在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上，如右圖所示.(2)在A點(diǎn)(近地點(diǎn))點(diǎn)火加速，由于速度變大，萬有引力不足以提供在軌道Ⅰ上做圓周運(yùn)動的向心力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ.(3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道Ⅲ.

例1

(2022年浙江卷)“天問一號”從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點(diǎn)沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點(diǎn)，再依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，則“天問一號”(

)

A.發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B.從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時(shí)間小于6個(gè)月C.在環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上小D.在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時(shí)的速度均大于地球繞太陽的速度C

【解析】因發(fā)射的衛(wèi)星要變軌到繞太陽轉(zhuǎn)動，則發(fā)射速度要大于第二宇宙速度，即發(fā)射速度介于11.2

km/s與16.7

km/s之間，A錯誤；因P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的轉(zhuǎn)移軌道的半長軸大于地球公轉(zhuǎn)軌道半徑，則其周期大于地球公轉(zhuǎn)周期(1年共12個(gè)月)，則從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時(shí)間為軌道周期的一半時(shí)間，應(yīng)大于6個(gè)月，B錯誤；因在環(huán)繞火星的停泊軌道的半長軸小于調(diào)相軌道的半長軸，則由開普勒第三定律可知在環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上的小，C正確；衛(wèi)星從P點(diǎn)變軌時(shí)要增大速度，此后做離心運(yùn)動速度減小，則在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動時(shí)，P點(diǎn)速度大于地球繞太陽的速度，D錯誤.1.2020年11月24日，我國成功發(fā)射“嫦娥五號”月球探測器，并實(shí)現(xiàn)月面無人采樣返回.設(shè)該探測器被月球引力捕獲后，經(jīng)歷三次變軌過程，最后在月球表面附近的圓軌道A上運(yùn)動以備著陸，其中變軌過程如圖所示，已知引力常量為G，以下說法正確的是(

)A.探測器在三個(gè)軌道上運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行周期關(guān)系為TA＞TB＞TCB.探測器在軌道A上的機(jī)械能大于在軌道B上的機(jī)械能C.探測器在P點(diǎn)從軌道B變軌到軌道A上時(shí)，需要在P點(diǎn)朝速度的反方向噴氣D.若已知探測器在軌道A上運(yùn)動的周期，可推算出月球的平均密度D

A命題點(diǎn)二赤道上的物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星［師生共研類］1.赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的對比如圖所示，a為近地衛(wèi)星，半徑為r1；b為地球同步衛(wèi)星，半徑為r2；c為赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，半徑為r3.比較內(nèi)容赤道上的物體近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星向心力來源萬有引力分力萬有引力向心力方向指向地心重力與萬有引力的關(guān)系F重略小于F萬F重＝F萬續(xù)表比較內(nèi)容赤道上的物體近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星角速度ω1＝ω自ω1＝ω3＜ω2線速度v1＝ω1Rv1＜v3＜v2(v2為第一宇宙速度)向心加速度a1＜a3＜a22.同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”例2如圖所示，a為放在赤道上相對地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動，b為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星(軌道半徑約等于地球半徑)，c為地球的同步衛(wèi)星.下列關(guān)于a、b、c的說法正確的是(

)A.b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動線速度大于7.9km/sB.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度大小關(guān)系為aa＞ab＞acC.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動的周期關(guān)系為Tc＞Tb＞TaD.在b、c中，b的速度大D

D

D

命題點(diǎn)三非常規(guī)“衛(wèi)星”問題［師生共研類］通常的衛(wèi)星是指僅僅在中心天體萬有引力作用下做無動力飛行的衛(wèi)星，各參量與軌道半徑的關(guān)系也是針對這種衛(wèi)星的.不滿足以上條件的衛(wèi)星，同樣不適應(yīng)常見衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律.如飛機(jī)有動力，線速度與高度無關(guān)；連續(xù)物上，各點(diǎn)角速度大小相等，其角速度、線速度等規(guī)律與衛(wèi)星的相反；某個(gè)飛行物同時(shí)受到兩個(gè)物體(如地球和月球)的引力，也不滿足常見衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律.例3三體問題是天體力學(xué)中的基本模型，即探究三個(gè)質(zhì)量、初始位置和初始速度都任意的、可視為質(zhì)點(diǎn)的天體，在相互之間萬有引力的作用下的運(yùn)動規(guī)律.三體問題同時(shí)也是一個(gè)著名的數(shù)學(xué)難題.1772年，拉格朗日在“平面限制性三體問題”條件下找到了5個(gè)特解，這就是著名的拉格朗日點(diǎn).在該點(diǎn)上，小天體在兩個(gè)大天體的引力作用下能基本保持相對靜止.如圖是日地系統(tǒng)的5個(gè)拉格朗日點(diǎn)(L1、L2、L3、L4、L5)，目前世界最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡——哈勃望遠(yuǎn)鏡的繼任者韋伯望遠(yuǎn)鏡于2022年1月8日在L2上成功部署，若其他點(diǎn)也部署了探測器，不考慮其他天體對探測器的引力，則下列說法正確的是(

)A.位于L1點(diǎn)的探測器處于受力平衡狀態(tài)B.位于L2點(diǎn)的韋伯望遠(yuǎn)鏡的線速度小于地球的線速度C.位于L3點(diǎn)的探測器的向心加速度大于位于L1點(diǎn)的探測器的向心加速度D.位于L4點(diǎn)的探測器向心力大小一定等于位于L5點(diǎn)的探測器向心力大小C

【解析】位于L1點(diǎn)的探測器繞太陽勻速圓周運(yùn)動，不是平衡狀態(tài)，A錯誤；由于三體基本保持相對靜止，則位于L2點(diǎn)的探測器繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，與地球繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的周期是相等的，角速度也是相等的，而位于L2點(diǎn)的探測器的軌道半徑略大于地球的軌道半徑，根據(jù)公式v＝ωr可知，位于L2點(diǎn)的探測器的線速度大于地球的線速度，B錯誤；第三個(gè)拉格朗日點(diǎn)L3，位于太陽的另一側(cè)，比地球距太陽略微遠(yuǎn)一些，其軌道半徑大于位于L1點(diǎn)的探測器.由于它們的角速度與地球繞太陽的角速度都是相等的，由向心加速度的公式a＝