741宇宙航行（赤近同三物體比較衛(wèi)星變軌雙星問題三星問題等）課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版

7.4.1宇宙航行赤近同三物體比較、衛(wèi)星變軌、雙星問題、三星問題等一、赤道、近地、同步物體比較r越大，an越小r越大，V越小r越大，w越小r越大，T越大探討問題：試比較同步衛(wèi)星A、近地衛(wèi)星B、赤道上物體C三者的向心力、向心加速度、線速度、角速度、周期的大小關(guān)系？一、赤道、近地、同步物體比較方法提示：找關(guān)系。一、赤道、近地、同步物體比較【練1】地球赤道上有一物體隨地球的自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動，向心力為F1，向心加速度為a1，線速度為v1，角速度為ω1；繞地球表面附近做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星(高度忽略)的向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為ω2；地球同步衛(wèi)星的向心力為F3，向心加速度為a3，線速度為v3，角速度為ω3.地球表面重力加速度為g，第一宇宙速度為v，假設(shè)三者質(zhì)量相等，則()A．F1＝F2>F3 B．a(chǎn)1＝a2＝g>a3C．v1＝v2＝v>v3 D．ω1＝ω3<ω2一、赤道、近地、同步物體比較【練2】國務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國航天日”.1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星“東方紅1號”，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的“東方紅2號”衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km的地球同步軌道上．設(shè)“東方紅1號”在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1，“東方紅2號”的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為(

)A．a(chǎn)2>a1>a3 B．a(chǎn)3>a2>a1C．a(chǎn)3>a1>a2 D．a(chǎn)1>a2>a3【練3】(多選)地球同步衛(wèi)星離地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，地球的第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比例關(guān)系正確的是(

)【練4】(多選)2019年9月12日，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射“一箭三星”.現(xiàn)假設(shè)a、b、c三顆衛(wèi)星均在赤道平面上繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其中a、b的轉(zhuǎn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，c的轉(zhuǎn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，a、b、c三顆衛(wèi)星的周期分別為Ta＝6h、Tb＝24h、Tc＝12h，下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b每經(jīng)過6h相遇一次B．a(chǎn)、b每經(jīng)過8h相遇一次C．b、c每經(jīng)過8h相遇一次D．b、c每經(jīng)過6h相遇一次

二、變軌問題從低軌道向高軌道變軌發(fā)射衛(wèi)星。二、變軌問題分析：

在P點(diǎn)，衛(wèi)星應(yīng)點(diǎn)火加速，F(xiàn)向<Fn，航天器將做離心運(yùn)動，進(jìn)入橢圓軌道。QPF向v12P點(diǎn):

1.速度關(guān)系vⅡ>vⅠ

從P點(diǎn)→Q點(diǎn)，由曲線運(yùn)動特點(diǎn)或開普勒第二定律可知：速度變小1QP23分析：

在Q點(diǎn)，由2軌道變?yōu)?軌道，衛(wèi)星應(yīng)點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變?yōu)閳A周軌道，F(xiàn)向=Fn。Q點(diǎn):

1.速度關(guān)系v3>v2

總結(jié)：比較1、2、3軌道的加速度、向心加速度、線速度、周期的大小關(guān)系？(1).a1p=a2p>a3Q=a2Q(2).a2P>a1P>a3Q>a2Q(3).v2P>v1P>v3Q>v2Q(4).TⅠ<TⅡ<TⅢ1QP23二、變軌問題小組討論：10分鐘。1QP23總結(jié)：比較1、2、3軌道的加速度、向心加速度、線速度、周期的大小關(guān)系？衛(wèi)星如何由高軌道變到低軌道？【練6】2021年10月16日，長征二號F運(yùn)載火箭遙十三搭載著翟志剛、王亞平與葉光富三位航天員的神舟十三號載人飛船發(fā)射升空，神舟十三號采用自主快速交會對接模式成功對接于天和核心艙徑向端口，與此前已對接的天舟二號、天舟三號一起構(gòu)成四艙（船）組合體，如圖甲所示。如圖乙所示，軌道Ⅰ為空間站運(yùn)行圓軌道，軌道Ⅱ?yàn)檩d人飛船運(yùn)行橢圓軌道，兩軌道相切于A點(diǎn)，載人飛船在A點(diǎn)與空間站組合體完成對接，若空間站組合體距地球表面的高度為h，地球半徑為R，航天員與載人飛船始終相對靜止，則下列說法正確的是（）A．載人飛船在軌道Ⅰ、Ⅱ的運(yùn)行周期相同B．載人飛船上在軌道Ⅰ、Ⅱ上運(yùn)行經(jīng)過A點(diǎn)時加速度相等C．三位航天員隨空間站組合體做圓周運(yùn)動過程中，所受向心力大小相等D．對接前，載人飛船與地心的連線和空間站組合體與地心的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相同【練7】如圖所示，我國火星探測器“天問一號”在地火轉(zhuǎn)移軌道1上飛行七個月后，進(jìn)入近火點(diǎn)為400千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)為5.9萬千米的火星停泊軌道2，進(jìn)行相關(guān)探測后將進(jìn)入較低的軌道3開展科學(xué)探測。則探測器（）A．在軌道2上近火點(diǎn)減速可進(jìn)入軌道3B．在軌道2上的周期比在軌道3上的周期小C．在軌道2上近火點(diǎn)的機(jī)械能比遠(yuǎn)火點(diǎn)大D．從地球發(fā)射時的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之間【練8】某衛(wèi)星發(fā)射過程的情景圖如圖所示，軌道1為橢圓，軌道2為圓周，兩軌道相切于P點(diǎn)，Q點(diǎn)在地面附近，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星經(jīng)過Q點(diǎn)時的線速度大小為v1，P點(diǎn)到地球表面的距離為2R。已知衛(wèi)星的勢能

，其中r為衛(wèi)星到地心的距離，M為地球的質(zhì)量，G為引力常量，則下列說法正確的是（

）A．B．衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)時的線速度大小C．衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行的周期為衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行周期的

倍D．衛(wèi)星從軌道1上的P點(diǎn)變軌到軌道2的過程中，發(fā)動機(jī)做的功為【練9】2018年4月2日，遨游太空6年多的“天宮一號”在中國航天人的實(shí)時監(jiān)測和全程跟蹤下，告別太空后再次進(jìn)入大氣層，最終落入太平洋。“天宮一號”的“回家之路”可簡化為圖示模型，“天宮一號”在遠(yuǎn)地軌道1做圓周運(yùn)動，近地過程中先經(jīng)過橢圓軌道2，然后在近地圓軌道3運(yùn)行，最終進(jìn)入大氣層。軌道1和2相切于P點(diǎn)，軌道2和3相切于Q點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．“天宮一號”在P點(diǎn)的速度可能大于在Q點(diǎn)的速度B．“天宮一號”從軌道2變軌到軌道3要減速C．“天宮一號”在軌道1上P點(diǎn)的加速度大于在軌道2上P點(diǎn)的加速度D．“天宮一號”在軌道2上Q點(diǎn)的加速度等于在軌道3上Q點(diǎn)的加速度【練10】(多選)中國自行研制的“神州八號”飛船與“天宮一號”目標(biāo)飛行器在距離地球高為h的軌道上實(shí)現(xiàn)自動對接，為未來空間站建設(shè)邁出了關(guān)鍵一步．對接前，它們的運(yùn)動軌跡如圖所示，假設(shè)“天宮一號”繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為r，周期為T，“神州八號”運(yùn)行的軌道為橢圓，且兩軌道相切于遠(yuǎn)地點(diǎn)P，已知引力常量為G.則下列說法正確的是(

)A．在遠(yuǎn)地點(diǎn)P處，“神舟八號”的加速度與“天宮一號”的加速度相等B．根據(jù)題中條件可以計算出地球的平均密度C．根據(jù)題中條件可以計算出“天宮一號”的質(zhì)量D．要實(shí)現(xiàn)“神舟八號”與“天宮一號”在遠(yuǎn)地點(diǎn)P處對接，

“神舟八號”需在靠近P處點(diǎn)火減速三、雙星系統(tǒng)問題特點(diǎn)：1.兩星體相對靜止2.兩星體繞同一圓心運(yùn)動3.兩星體向心力大小相等4.兩星體圓周運(yùn)動周期相同

ABr1r2LMm

r1+r2=L已知A星球質(zhì)量為m，B星球質(zhì)量為2m，AB相距L,求：1.A、B星球的角速度或周期；2.A、B星球作圓周運(yùn)動的運(yùn)動半徑。三、雙星系統(tǒng)問題思考：還可以求什么物理量？【例題】宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星”，它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動而不至因萬有引力的作用吸引到一起．(1)試證明它們的軌道半徑之比、線速度之比都等于質(zhì)量的反比．(2)設(shè)兩者的質(zhì)量分別為m1和m2，兩者相距L，試寫出它們角速度的表達(dá)式．即它們的軌道半徑、線速度之比都等于質(zhì)量的反比．【練11】如圖、為由A、B兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)，A、B繞連線上一點(diǎn)O做圓周運(yùn)動，測得A、B兩顆恒星間的距離為L，恒星A的周期為T，其中一顆恒星做圓周運(yùn)動的向心加速度是另一顆恒星的2倍，則錯誤的是（

）A．恒星B的周期為 B．恒星A的向心加速度是恒星B的2倍C．A、B兩顆恒星質(zhì)量之比為 D．A、B兩顆恒星質(zhì)量之和為【練12】人類首次發(fā)現(xiàn)的引力波來源于距地球之外13億光年的兩個黑洞互相繞轉(zhuǎn)最后合并的過程。設(shè)兩個黑洞A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，黑洞A的質(zhì)量大于黑洞B的質(zhì)量，萬有引力常量為G，則（）A．黑洞A的軌道半徑大于黑洞B的軌道半徑 B．黑洞A的線速度一定大于黑洞B的線速度C．若兩個黑洞間的距離為L，其運(yùn)動周期為T，則兩個黑洞的總質(zhì)量為D．隨著兩個黑洞間的距離L減小，其運(yùn)動角速度減小【練13】月球與地球質(zhì)量之比約為1∶80，有研究者認(rèn)為月球和地球可視為一個由兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的雙星系統(tǒng)，它們都圍繞月地連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動．據(jù)此觀點(diǎn)，可知月球與地球繞O點(diǎn)運(yùn)動的線速度大小之比約為(

)．A．1∶6400B．1∶80C．80∶1D．6400∶1【練14】(2018全國1）2017年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程，在兩顆中子星合并前約100s時，它們相距約400km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動12圈，將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識，可以估算出這一時刻兩顆中子星A．質(zhì)量之積B．質(zhì)量之和C．速率之和D．各自的自轉(zhuǎn)角速度“三星”模型“四星”模型【練15】如圖所示，宇宙中存在著離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量均為m的三顆星組成的三星系統(tǒng)，可忽略其他星體對三星系統(tǒng)的影響。三顆星位于邊長為R的等邊三角形的三個頂點(diǎn)上，并沿三角形的外接圓運(yùn)行，引力常量為G。則運(yùn)行的周期為（）A．

B． C．

D．

由三顆星體構(gòu)