高考物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動(dòng) 萬有引力與航天 第5節(jié) 天體運(yùn)動(dòng)中的“四大難點(diǎn)”課件 新人教版.ppt

第5節(jié)天體運(yùn)動(dòng)中的 四大難點(diǎn) 2 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 4 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 5 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 1 2017 天津期中 中國航天局在2015年年底了發(fā)射高分四號(hào)衛(wèi)星 這是中國首顆地球同步軌道高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星 如圖所示 a是靜止在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體 b c是同在赤道平面內(nèi)的兩顆人造衛(wèi)星 b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 下列關(guān)系正確的是 a 物體a隨地球自轉(zhuǎn)的角速度大于衛(wèi)星b的角速度b 衛(wèi)星b的線速度大于衛(wèi)星c的線速度c 物體a隨地球自轉(zhuǎn)的加速度大于衛(wèi)星c的加速度d 物體a隨地球自轉(zhuǎn)的周期大于衛(wèi)星c的周期 答案 解析 6 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 2 多選 火星探測(cè)器由橢圓軌道 變成圓軌道 繞火星運(yùn)行 兩軌道相切于a點(diǎn) 下列說法正確的是 a 探測(cè)器在a點(diǎn)要通過加速才能實(shí)現(xiàn)由橢圓到圓的變軌b 探測(cè)器在軌道 上a點(diǎn)運(yùn)行速率大于在軌道 上b點(diǎn)速率c 探測(cè)器在軌道 上運(yùn)行的周期小于在軌道 運(yùn)行的周期d 探測(cè)器在軌道 上運(yùn)行和在軌道 上運(yùn)行經(jīng)過a點(diǎn)的加速度大小相同 答案 解析 7 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 嫦娥一號(hào) 探月衛(wèi)星沿地月轉(zhuǎn)移軌道直奔月球 在距月球表面200km的p點(diǎn)進(jìn)行第一次變軌后被月球捕獲 先進(jìn)入橢圓軌道 繞月飛行 如圖所示 之后 衛(wèi)星在p點(diǎn)又經(jīng)過兩次變軌 最后在距月球表面200km的圓形軌道 上繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 對(duì)此 下列說法正確的是 8 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 a 衛(wèi)星在軌道 上運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)的速度大于在軌道 上運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)的速度b 衛(wèi)星在軌道 上運(yùn)動(dòng)周期比在軌道 上短c 三種軌道運(yùn)行相比較 衛(wèi)星在軌道 上運(yùn)行的機(jī)械能最小d 衛(wèi)星在軌道 上運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)的加速度大于沿軌道 運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)的加速度 答案 解析 9 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 4 兩顆衛(wèi)星1和2的質(zhì)量相同 都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 衛(wèi)星2的軌道半徑更大些 兩顆衛(wèi)星相比較 下列說法中正確的是 a 衛(wèi)星1的向心加速度較小b 衛(wèi)星1的動(dòng)能較小c 衛(wèi)星1的周期較小d 兩衛(wèi)星的機(jī)械能相等 答案 解析 10 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 近地衛(wèi)星 赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)行問題近地衛(wèi)星 赤道上物體及同步衛(wèi)星的區(qū)別與聯(lián)系 11 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 12 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例1 2016 四川卷 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)星東方紅一號(hào) 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)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km的地球同步軌道上 設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1 東方紅二號(hào)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 a2 a1 a3b a3 a2 a1c a3 a1 a2d a1 a2 a3 答案 解析 13 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥根據(jù)萬有引力提供向心力可比較東方紅一號(hào)和東方紅二號(hào)的加速度 同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相等 角速度相等 可比較固定在地球赤道上的物體和東方紅二號(hào)的加速度 14 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練1 多選 已知地球半徑為r 地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為r 假設(shè)地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a1 第一宇宙速度為v1 地球近地衛(wèi)星的周期為t1 假設(shè)地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速率為v2 加速度為a2 周期為t2 則下列比值中正確的是 答案 解析 15 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 2 多選 我國發(fā)射的 北斗系列 衛(wèi)星中同步衛(wèi)星到地心距離為r 運(yùn)行速率為v1 向心加速度為a1 在地球赤道上的觀測(cè)站的向心加速度為a2 近地衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v2 向心加速度為a3 地球的半徑為r 則下列比值正確的是 答案 解析 16 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 衛(wèi)星變軌問題分析衛(wèi)星變軌的實(shí)質(zhì) 17 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 18 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例2 2016 天津卷 我國即將發(fā)射 天宮二號(hào) 空間實(shí)驗(yàn)室 之后發(fā)射 神舟十一號(hào) 飛船與 天宮二號(hào) 對(duì)接 假設(shè) 天宮二號(hào) 與 神舟十一號(hào) 都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接 下列措施可行的是 a 使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行 然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接b 使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行 然后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接c 飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速 加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室 兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接d 飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速 減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室 兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接 答案 解析 19 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練3 2016 北京卷 如圖所示 一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球e運(yùn)行 在p點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道2做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 下列說法正確的是 a 不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行 衛(wèi)星在p點(diǎn)的速度都相同b 不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行 衛(wèi)星在p點(diǎn)的加速度都相同c 衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度d 衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同動(dòng)量 答案 解析 20 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 4 多選 2017 河北定興縣月考 某航天飛機(jī)在a點(diǎn)從圓形軌道 進(jìn)入橢圓軌道 b為軌道 上的一點(diǎn) 如圖所示 關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng) 下列說法中正確的有 a 在軌道 上經(jīng)過a的速度小于經(jīng)過b的速度b 在軌道 上經(jīng)過a的動(dòng)能小于在軌道 上經(jīng)過a的動(dòng)能c 在軌道 上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道 上運(yùn)動(dòng)的周期d 在軌道 上經(jīng)過a的加速度小于在軌道 上經(jīng)過a的加速度 答案 解析 21 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 天體運(yùn)動(dòng)中的能量問題1 衛(wèi)星 或航天器 在同一圓形軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí) 機(jī)械能不變 2 航天器在不同軌道上運(yùn)行時(shí)機(jī)械能不同 軌道半徑越大 機(jī)械能越大 定性分析 衛(wèi)星速率增大 發(fā)動(dòng)機(jī)做正功 會(huì)做離心運(yùn)動(dòng) 軌道半徑增大 萬有引力做負(fù)功 衛(wèi)星動(dòng)能減小 由于變軌時(shí)遵從能量守恒 穩(wěn)定在圓軌道上時(shí)需滿足 致使衛(wèi)星在較高軌道上的運(yùn)行速率小于在較低軌道上的運(yùn)行速率 但機(jī)械能增大 相反 衛(wèi)星由于速率減小 發(fā)動(dòng)機(jī)做負(fù)功 會(huì)做向心運(yùn)動(dòng) 軌道半徑減小 萬有引力做正功 衛(wèi)星動(dòng)能增大 同樣原因致使衛(wèi)星在較低軌道上的運(yùn)行速率大于在較高軌道上的運(yùn)行速率 但機(jī)械能減小 22 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 定量分析 設(shè)衛(wèi)星在半徑為r的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度為v 地球的質(zhì)量為m 衛(wèi)星的質(zhì)量為m 由萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 由于重力加速度g隨高度增大而減小 所以重力勢(shì)能不能再用ek mgh計(jì)算 而要用到公式ep 以無窮遠(yuǎn)處引力勢(shì)能為零 m為地球質(zhì)量 m為衛(wèi)星質(zhì)量 r為衛(wèi)星軌道半徑 由于從無窮遠(yuǎn)向地球移動(dòng)過程中萬有引力做正功 所以系統(tǒng)勢(shì)能減小 為負(fù) 同樣質(zhì)量的衛(wèi)星 軌道半徑越大 即離地面越高 衛(wèi)星具有的機(jī)械能越大 發(fā)射越困難 23 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例3我國相繼完成 神十 與 天宮 對(duì)接 嫦娥 攜 玉兔 落月兩大航天工程 某航天愛好者提出 玉兔 回家的設(shè)想 如圖 將攜帶 玉兔 的返回系統(tǒng)由月球表面發(fā)射到h高度的軌道上 與在該軌道繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的飛船對(duì)接 然后由飛船送 玉兔 返回地球 設(shè) 玉兔 質(zhì)量為m 月球半徑為r 月面的重力加速度為g月 以月面為零勢(shì)能面 玉兔 在h高度的引力勢(shì)能可表示為ep 其中g(shù)為引力常量 m為月球質(zhì)量 若忽略月球的自轉(zhuǎn) 從開始發(fā)射到對(duì)接完成需要對(duì) 玉兔 做的功為 24 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 答案 解析 25 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥先根據(jù)萬有引力提供向心力以及重力等于萬有引力 求出 玉兔 繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能 再根據(jù)功能關(guān)系求解需要對(duì) 玉兔 做的功 26 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練5 質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星與地心的距離為r時(shí) 引力勢(shì)能可表示為ep 其中g(shù)為引力常量 m為地球質(zhì)量 該衛(wèi)星原來在半徑為r1的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 由于受到極稀薄空氣的摩擦作用 飛行一段時(shí)間后其圓周運(yùn)動(dòng)的半徑變?yōu)閞2 此過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為 答案 解析 27 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 6 多選 質(zhì)量為m和m的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn) 相距為r 兩者之間萬有引力勢(shì)能為ep g 該結(jié)論對(duì)于質(zhì)量分布均勻的球體也成立 現(xiàn)有一質(zhì)量為m的衛(wèi)星繞地球做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 已知地球質(zhì)量為me 半徑為r 地表的重力加速度為g 則 答案 解析 28 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 天體中的 追及相遇 問題 天體相遇 指兩天體相距最近 若兩環(huán)繞天體的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道在同一平面內(nèi) 則兩環(huán)繞天體與中心天體在同一直線上 且位于中心天體的同側(cè) 或異側(cè) 時(shí)相距最近 或最遠(yuǎn) 類似于在田徑場(chǎng)賽道上的循環(huán)長(zhǎng)跑比賽 跑得快的每隔一段時(shí)間多跑一圈追上并超過跑得慢的 解決這類問題有兩種常用方法 29 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 1 角度關(guān)系設(shè)天體1 離中心近些 與天體2某時(shí)刻相距最近 如果經(jīng)過時(shí)間t 兩天體與中心連線半徑轉(zhuǎn)過的角度之差 或和 等于2 的整數(shù)倍 則兩天體又相距最近 即 1t 2t 2n 同向 或 1t 2t 2n n 1 2 3 反向 如果經(jīng)過時(shí)間t 兩天體與中心連線半徑轉(zhuǎn)過的角度之差 或和 等于 的奇數(shù)倍 則兩天體又相距最遠(yuǎn) 即 1t 2t 2n 1 n 1 2 3 同向 或 1t 2t 2n 1 n 1 2 3 反向 2 圈數(shù)關(guān)系 30 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例4 多選 太陽系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽之間 且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象 天文學(xué)稱為 行星沖日 據(jù)報(bào)道 2014年各行星沖日時(shí)間分別是1月6日木星沖日 4月9日火星沖日 5月11日土星沖日 8月29日海王星沖日 10月8日天王星沖日 已知地球及各地外行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑如下表所示 則下列判斷正確的是 a 各地外行星每年都會(huì)出現(xiàn)沖日現(xiàn)象b 在2015年內(nèi)一定會(huì)出現(xiàn)木星沖日c 天王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔為土星的一半d 地外行星中 海王星相鄰兩次沖日的時(shí)間間隔最短 答案 解析 31 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練7 多選 某行星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道均可視為圓 每過n年 該行星會(huì)運(yùn)行到日地連線的延長(zhǎng)線上 相距最近 如圖所示 該行星與地球的公轉(zhuǎn)半徑之比為a 公轉(zhuǎn)周期之比為b 則 答案 解析 32 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 8