衛(wèi)星的變軌、雙星問題

1、第一課時第一課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1 1、解決天體運動問題的模型及思路解決天體運動問題的模型及思路2 2、熟練運用相關(guān)規(guī)律、熟練運用相關(guān)規(guī)律過程與方法：過程與方法：通過天體運動的實例分析，掌握解決天體運動的模型和思路通過天體運動的實例分析，掌握解決天體運動的模型和思路 一、解決天體運動問題的模型及思路1.一種模型無論自然天體(如地球)還是人造天體(如宇宙飛船)都可以看做質(zhì)點，圍繞中心天體(視為靜止)做勻速圓周運動.2.兩條思路(2)天體運動的向心力來源于天體之間的萬有引力，即例1如圖是發(fā)射地球同步衛(wèi)星的簡化軌道示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的近地軌道上.在衛(wèi)星經(jīng)過A點時點火實施變軌，

2、進入遠(yuǎn)地點為B的橢圓軌道，最后在B點再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道.已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球的半徑為R，求：(1)近地軌道上的速度大??；(2)遠(yuǎn)地點B距地面的高度天體運動規(guī)律的理解及應(yīng)用1.如圖所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運動.下列說法正確的是()A.甲的向心加速度比乙的小B.甲的運行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大D.甲的線速度比乙的大答案A第二課時第二課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1 1、了解、了解“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”、“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”2 2、會建立模型解決物理量的關(guān)系比較、會建立模型解決物理量的關(guān)

3、系比較過程與方法：過程與方法：1 1、觀看相關(guān)媒體信息，了解衛(wèi)星、觀看相關(guān)媒體信息，了解衛(wèi)星2 2、通過聯(lián)系，建立模型不解決物理量關(guān)系、通過聯(lián)系，建立模型不解決物理量關(guān)系二、“赤道物體”與“同步衛(wèi)星”、“近地衛(wèi)星”的比較1.赤道上的物體與同步衛(wèi)星 關(guān)系：具有相同的角速度和周期 線速度，向心加速度的關(guān)系.：2.赤道上的物體與近地衛(wèi)星 關(guān)系：具有相同的半徑 區(qū)別：3.不同軌道上的衛(wèi)星:軌道半徑越大，a、v、越小，T越大.特點：萬有引力提供向心力例2如圖所示，a為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，b為近地圓軌道衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星.三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同.三顆衛(wèi)星的線速度分別為va、vb、vc，角速度分別為a、b、c

4、，周期分別為Ta、Tb、Tc，向心力分別為Fa、Fb、Fc，則()A.acb B.FaFcFbC.vavcTb答案AD“赤道物體”與“同步衛(wèi)星”以及“近地衛(wèi)星”的區(qū)別2.四顆地球衛(wèi)星a、b、c、d的排列位置如圖所示，其中a是靜止在地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，b是近地軌道衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，四顆衛(wèi)星相比較()A.a的向心加速度最大B.相同時間內(nèi)b轉(zhuǎn)過的弧長最長C.c相對于b靜止D.d的運動周期可能是23 h答案B第三課時第三課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1、了解人造衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌過程2、掌握人造衛(wèi)星的速度大小關(guān)系過程與方法：過程與方法：1觀看相關(guān)資料，了解變軌過程 2建模，

5、對模型分析，掌握速度變化關(guān)系3.橢圓軌道與圓軌道的切點：4.飛船對接問題：衛(wèi)星受到的萬有引力相同，加速度相同.兩飛船實現(xiàn)對接前應(yīng)處于高低不同的兩軌道上，目標(biāo)船處于較高軌道，在較低軌道上運動的對接船通過合理地加速，做離心運動而追上目標(biāo)船與其完成對接.例32013年5月2日凌晨0時06分，我國“中星11號”通信衛(wèi)星發(fā)射成功.“中星11號”是一顆地球同步衛(wèi)星，它主要用于為亞太地區(qū)等區(qū)域用戶提供商業(yè)通信服務(wù).如圖3為發(fā)射過程的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再一次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3

6、軌道上正常運行時，以下說法正確的是()A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B.衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的速度D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的速度小于它在軌道3上經(jīng)過P點時的速度答案BD針對訓(xùn)練如圖4所示，“嫦娥一號”探月衛(wèi)星被月球捕獲后，首先穩(wěn)定在橢圓軌道上運動，其中P、Q兩點分別是軌道的近月點和遠(yuǎn)月點，是衛(wèi)星繞月球做圓周運動的軌道，軌道和在P點相切，則()A.衛(wèi)星沿軌道運動，在P點的速度大于Q點的速度B.衛(wèi)星沿軌道運動，在P點的加速度小于Q點的加速度C.衛(wèi)星分別沿軌道、運動到P點的加速度不相等D.衛(wèi)星要從軌

7、道進入軌道，須在P點加速答案A衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題3. 如圖所示，假設(shè)月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g0，飛船在距月球表面高度為3R的圓形軌道運行，到達(dá)軌道的A點點火變軌進入橢圓軌道，到達(dá)軌道的近月點B再次點火進入近月軌道繞月球做圓周運動.則()答案D第四課時第四課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1、掌握多星問題的解題思路、掌握多星問題的解題思路2、會運用雙星問題的結(jié)論解決相關(guān)習(xí)題、會運用雙星問題的結(jié)論解決相關(guān)習(xí)題過程與方法：過程與方法：1、通過學(xué)生自學(xué)、討論得到雙星問題的解題思路。、通過學(xué)生自學(xué)、討論得到雙星問題的解題思路。 2、雙星衍生到多星問題，能力提升、雙星衍生到多星問題，能力提升四

8、、雙星問題兩個離得比較近的天體，在彼此間的引力作用下繞兩者連線上的一點做圓周運動，這樣的兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星.1.雙星特點(1)兩星向心力相等；(2)兩星具有相同的角速度和周期；(3)兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離， 即r1r2L.2.處理方法3.雙星的兩個結(jié)論(1)運動半徑：與質(zhì)量成反比，即m1r1m2r2例4兩個靠得很近的天體，離其他天體非常遙遠(yuǎn)，它們以其連線上某一點O為圓心各自做勻速圓周運動，兩者的距離保持不變，科學(xué)家把這樣的兩個天體稱為“雙星”，如圖5所示.已知雙星的質(zhì)量分別為m1和m2，它們之間的距離為L，求雙星的運行軌道半徑r1和r2及運行周期T.雙星問題4. 現(xiàn)代觀測表

9、明，由于引力作用，恒星有“聚集”的特點，眾多的恒星組成了不同層次的恒星系統(tǒng)，最簡單的恒星系統(tǒng)是兩顆互相繞轉(zhuǎn)的雙星，事實上，冥王星也是和另一星體構(gòu)成雙星，如圖所示，這兩顆行星m1、m2各以一定速率繞它們連線上某一中心O勻速轉(zhuǎn)動，這樣才不至于因萬有引力作用而吸引在一起，現(xiàn)測出雙星間的距離始終為L，且它們做勻速圓周運動的半徑r1與r2之比為32，則()A.它們的角速度大小之比為23B.它們的線速度大小之比為32C.它們的質(zhì)量之比為32D.它們的周期之比為23答案B 第五課時第五課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1、了解衛(wèi)星的追及模型2、掌握追及問題的處理方法過程與方法：過程與方法：1、教師講解，演示追及模型2

10、、引導(dǎo)學(xué)生分析衛(wèi)星的追及思路如圖所示，兩顆衛(wèi)星在同一軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運動，地球半徑為如圖所示，兩顆衛(wèi)星在同一軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運動，地球半徑為R，a衛(wèi)星離地面的高度等于衛(wèi)星離地面的高度等于R，b衛(wèi)星離地面高度為衛(wèi)星離地面高度為3R，則：，則：(1)a、b兩衛(wèi)星運行周期之比兩衛(wèi)星運行周期之比Ta Tb是多少？是多少？(2)若某時刻兩衛(wèi)星正好同時通過地面同一點正上方，假設(shè)若某時刻兩衛(wèi)星正好同時通過地面同一點正上方，假設(shè)a衛(wèi)星的周期為衛(wèi)星的周期為T，則則a至少經(jīng)過多長時間與至少經(jīng)過多長時間與b相距最遠(yuǎn)？相距最遠(yuǎn)？12如圖，質(zhì)量分別為如圖，質(zhì)量分別為m和和M的兩個星球的兩個星球A和和

11、B在引力作用下都繞在引力作用下都繞O點做勻速圓點做勻速圓周運動，星球周運動，星球A和和B兩者中心之間的距離為兩者中心之間的距離為L.已知已知A、B的中心和的中心和O三點始終共線，三點始終共線，A和和B分別在分別在O的兩側(cè)引力常量為的兩側(cè)引力常量為G.(1)求兩星球做圓周運動的周期；求兩星球做圓周運動的周期；(2)在地月系統(tǒng)中，若忽略其它星球的影在地月系統(tǒng)中，若忽略其它星球的影響，可以將月球和地球看成上述星球響，可以將月球和地球看成上述星球A和和B，月球繞其軌道中心運行的周期記為，月球繞其軌道中心運行的周期記為T1.但在近似處理問題時，常常認(rèn)為月球是繞但在近似處理問題時，常常認(rèn)為月球是繞地心做圓

12、周運動的，這樣算得的運行周期地心做圓周運動的，這樣算得的運行周期記為記為T2.已知地球和月球的質(zhì)量分別為已知地球和月球的質(zhì)量分別為5.981024kg和和7.351022kg.求求T2與與T1兩者平兩者平方之比方之比(結(jié)果保留結(jié)果保留3位小數(shù)位小數(shù)) 第六課時第六課時課時目標(biāo)：課時目標(biāo)：1、熟練應(yīng)用萬有引力解決有關(guān)實際問題。、熟練應(yīng)用萬有引力解決有關(guān)實際問題。2、對地球（或其他星球）比值類問題的綜合練習(xí)，鞏固提升基、對地球（或其他星球）比值類問題的綜合練習(xí)，鞏固提升基本轉(zhuǎn)換應(yīng)用能力。本轉(zhuǎn)換應(yīng)用能力。過程與方法：過程與方法：1、通過作業(yè)講評，讓學(xué)生弄清自己錯誤的原因。、通過作業(yè)講評，讓學(xué)生弄清自

13、己錯誤的原因。2、學(xué)生相互講解、討論，加深對知識的理解與應(yīng)用。、學(xué)生相互講解、討論，加深對知識的理解與應(yīng)用。3、老師對典型問題的重點講評、拓展，使學(xué)生理解其基本關(guān)系、老師對典型問題的重點講評、拓展，使學(xué)生理解其基本關(guān)系。題組一天體運動規(guī)律的理解及應(yīng)用題組一天體運動規(guī)律的理解及應(yīng)用1已成為我國首個人造太陽系小行星的嫦娥二號衛(wèi)星，已成為我國首個人造太陽系小行星的嫦娥二號衛(wèi)星，2014年年2月再次刷新我月再次刷新我國深空探測最遠(yuǎn)距離記錄，超過國深空探測最遠(yuǎn)距離記錄，超過7000萬公里，嫦娥二號是我國探月工程二期萬公里，嫦娥二號是我國探月工程二期的先導(dǎo)星，它先在距月球表面高度為的先導(dǎo)星，它先在距月球表

14、面高度為h的軌道上做勻速圓周運動，運行周期為的軌道上做勻速圓周運動，運行周期為T；然后從月球軌道出發(fā)飛赴目的地拉格朗日；然后從月球軌道出發(fā)飛赴目的地拉格朗日L2點進行科學(xué)探測若以點進行科學(xué)探測若以R表示表示月球的半徑，引力常量為月球的半徑，引力常量為G，則，則() 答案答案BC題組一天體運動規(guī)律的理解及應(yīng)用題組一天體運動規(guī)律的理解及應(yīng)用答案答案 ACD題組二題組二“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”以及以及“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的區(qū)別的區(qū)別3關(guān)于近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、赤道上的物體，以下說法正確的是關(guān)于近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、赤道上的物體，以下說法正確的是()A都是萬有引力等于向心力都是萬有引力

15、等于向心力B赤道上的物體和同步衛(wèi)星的周期、線速度、角速度都相等赤道上的物體和同步衛(wèi)星的周期、線速度、角速度都相等C赤道上的物體和近地衛(wèi)星的軌道半徑相同但線速度、周期不同赤道上的物體和近地衛(wèi)星的軌道半徑相同但線速度、周期不同D同步衛(wèi)星的周期大于近地衛(wèi)星的周期同步衛(wèi)星的周期大于近地衛(wèi)星的周期答案答案 CD題組二題組二“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”以及以及“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的區(qū)別的區(qū)別4設(shè)地球半徑為設(shè)地球半徑為R，a為靜止在地球赤道上的一個物體，為靜止在地球赤道上的一個物體，b為一顆近地繞地球為一顆近地繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，c為地球的一顆同步衛(wèi)星，

16、其軌道半徑為為地球的一顆同步衛(wèi)星，其軌道半徑為r.下列下列說法中正確的是說法中正確的是()答案答案 D題組二題組二“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”以及以及“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的區(qū)別的區(qū)別5、我國發(fā)射的、我國發(fā)射的“北斗系列北斗系列”衛(wèi)星中同步衛(wèi)星到地心距離為衛(wèi)星中同步衛(wèi)星到地心距離為r，運行速率為，運行速率為v1，向，向心加速度為心加速度為a1；在地球赤道上的觀測站的向心加速度為；在地球赤道上的觀測站的向心加速度為a2，近地衛(wèi)星做圓周運，近地衛(wèi)星做圓周運動的速率為動的速率為v2，向心加速度為，向心加速度為a3，地球的半徑為，地球的半徑為R，則下列比值正確的是，則下列比值正確的是()

17、答案答案 AB題組三衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題題組三衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題6宇宙飛船和空間站在同一軌道上運動，若飛船想與前面的空間站對接，飛宇宙飛船和空間站在同一軌道上運動，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是船為了追上軌道空間站，可采取的方法是()A飛船加速直到追上空間站，完成對接飛船加速直到追上空間站，完成對接B飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接C飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站完成對接飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站完成對接D無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接

18、無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接答案答案 B題組三衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題題組三衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題7、如圖所示，我國發(fā)射、如圖所示，我國發(fā)射“神舟神舟”六號飛船時，先將飛船發(fā)送到一個橢圓軌道上，六號飛船時，先將飛船發(fā)送到一個橢圓軌道上，其近地點其近地點M距地面距地面200km，遠(yuǎn)地點，遠(yuǎn)地點N距地面距地面340km.進入該軌道正常運行時，通進入該軌道正常運行時，通過過M、N點時的速率分別是點時的速率分別是v1和和v2.當(dāng)某次飛船通過當(dāng)某次飛船通過N點時，地面指揮部發(fā)出指點時，地面指揮部發(fā)出指令，點燃飛船上的發(fā)動機，使飛船在短時間內(nèi)加速后進入離地面令，點燃飛船上的發(fā)動機，使飛船

19、在短時間內(nèi)加速后進入離地面340km的圓形的圓形軌道，開始繞地球做勻速圓周運動，這時飛船的速率為軌道，開始繞地球做勻速圓周運動，這時飛船的速率為v3.比較飛船在比較飛船在M、N、P三點正常運行時三點正常運行時(不包括點火加速階段不包括點火加速階段)的速率大小和加速度大小，下列結(jié)論的速率大小和加速度大小，下列結(jié)論正確的是正確的是()Av1v3v2，a1a3a2Bv1v2v3，a1a2a3Cv1v2v3，a1a2a3Dv1v3v2，a1a2a3答案答案 D題組四雙星及三星問題題組四雙星及三星問題8宇宙中有相距較近、質(zhì)量可以相比的兩顆星球，其他星球?qū)λ麄兊娜f有引宇宙中有相距較近、質(zhì)量可以相比的兩顆星球，其他星球?qū)λ麄兊娜f有引力可以忽略不計它們在相互之間的萬有引力作用下，圍繞連線上的某一固力可以忽略不計它們在相互之間的萬有引力作用下，圍繞連線上的某一固定點做同周期的勻速圓周運動，如圖所示下列說法中正確的是定點做同周期的勻速圓周運動，如圖所示下列說法中正確的是()