202X學(xué)年高考物理主題三牛頓力學(xué)的局限性和相對論初步習(xí)題課天體運動問題分析課件粵教版

1、習(xí)題課天體運動問題分析習(xí)題課天體運動問題分析學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉核心提煉1.掌握解決天體運動問題的模型及掌握解決天體運動問題的模型及思路。思路。1個模型個模型勻速圓周運動模型勻速圓周運動模型 3個問題個問題天體的運動問題、人造衛(wèi)星的變天體的運動問題、人造衛(wèi)星的變軌問題、雙星問題軌問題、雙星問題2.會分析人造衛(wèi)星的變軌問題。會分析人造衛(wèi)星的變軌問題。3.會分析雙星問題。會分析雙星問題。解決天體運動問題的思路解決天體運動問題的思路1.一種模型：一種模型：一天體圍繞中心天體一天體圍繞中心天體(視為靜止視為靜止)做勻速圓周運動。做勻速圓周運動。2.兩條思路兩條思路試題案例試題案例例例1 (多項選擇

2、多項選擇)地球半徑為地球半徑為R0，地面重力加速度為，地面重力加速度為g，假設(shè)衛(wèi)星在距地面，假設(shè)衛(wèi)星在距地面R0處做勻速處做勻速圓周運動，那么圓周運動，那么()答案答案ABD針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 如圖如圖1所示，所示，A是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星B的圓形軌的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h。地球半徑為。地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角，地球自轉(zhuǎn)角速度為速度為0，地球外表的重力加速度為，地球外表的重力加速度為g，O為地球中心。為地球中心。(1)求衛(wèi)星求衛(wèi)星B的運行周期；的運行周期；(2)假設(shè)衛(wèi)星假設(shè)衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一樣，某時刻繞行方

3、向與地球自轉(zhuǎn)方向一樣，某時刻A、B兩衛(wèi)星兩衛(wèi)星相距最近相距最近(O、B、A在同一直線上在同一直線上)，那么至少經(jīng)過多長時間，他，那么至少經(jīng)過多長時間，他們再一次相距最近？們再一次相距最近？圖圖1“赤道上的物體與赤道上的物體與“同步衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、“近地衛(wèi)星的比較近地衛(wèi)星的比較1.一樣點一樣點(1)都以地心為圓心做勻速圓周運動。都以地心為圓心做勻速圓周運動。(2)同步衛(wèi)星與赤道上的物體具有一樣的周期和角速度。同步衛(wèi)星與赤道上的物體具有一樣的周期和角速度。2.不同點不同點(1)同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星均由萬有引力提供向心力，而赤道上的物體是萬有引力的一同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星均由萬有引力提供向心力，而赤道上的

4、物體是萬有引力的一個分力提供向心力。個分力提供向心力。試題案例試題案例例例2 (多項選擇多項選擇)如圖如圖2所示，所示，a為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，b為近地圓為近地圓軌道衛(wèi)星，軌道衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質(zhì)量一樣，三顆衛(wèi)星的線為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質(zhì)量一樣，三顆衛(wèi)星的線速度分別為速度分別為va、vb、vc，角速度分別為，角速度分別為a、b、c，周期分別，周期分別為為Ta、Tb、Tc，向心力分別為，向心力分別為Fa、Fb、Fc，那么，那么()A.acb B.FaFcFbC.vavcTb圖圖2答案答案AD針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練2 (多項選擇多項選擇)關(guān)于近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、赤

5、道上的物體，以下說法正確的選關(guān)于近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、赤道上的物體，以下說法正確的選項是項是()A.都是萬有引力等于向心力都是萬有引力等于向心力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)星的線速度、周期不同赤道上的物體和近地衛(wèi)星的線速度、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人造衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題人造衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問題3.衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的公切點時，衛(wèi)星受到的萬有引力一樣，所以加速度一衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的公切點時，衛(wèi)星受到的萬有引力

6、一樣，所以加速度一樣。樣。4.飛船對接問題飛船對接問題(1)低軌道飛船與高軌道空間站對接如圖低軌道飛船與高軌道空間站對接如圖3甲所示，低軌道飛船通過合理地加速，沿甲所示，低軌道飛船通過合理地加速，沿橢圓軌道橢圓軌道(做離心運動做離心運動)追上高軌道空間站與其完成對接。追上高軌道空間站與其完成對接。圖圖3(2)同一軌道飛船與空間站對接同一軌道飛船與空間站對接如圖乙所示，后面的飛船先減速降低高度，再加速提升高度，通過適當(dāng)控制，使飛如圖乙所示，后面的飛船先減速降低高度，再加速提升高度，通過適當(dāng)控制，使飛船追上空間站時恰好具有一樣的速度。船追上空間站時恰好具有一樣的速度。試題案例試題案例例例3 (多項

7、選擇多項選擇)如圖如圖4所示，發(fā)射同步衛(wèi)星的一般程序是：先讓所示，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)點變軌，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道移軌道(該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P，遠(yuǎn)地點為同，遠(yuǎn)地點為同步圓軌道上的步圓軌道上的Q)，到達(dá)遠(yuǎn)地點，到達(dá)遠(yuǎn)地點Q時再次變軌，進(jìn)入同步軌道。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，在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點近地點P點的速率為點的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點，沿轉(zhuǎn)移軌道剛

8、到達(dá)遠(yuǎn)地點Q時的速率為時的速率為v3，在同步軌道上的速率為，在同步軌道上的速率為v4，三個軌道上運動的周期分別為，三個軌道上運動的周期分別為T1、T2、T3，那么以下說法正確的選項是，那么以下說法正確的選項是()圖圖4A.在在P點變軌時需要加速，點變軌時需要加速，Q點變軌時要減速點變軌時要減速B.在在P點變軌時需要減速，點變軌時需要減速，Q點變軌時要加速點變軌時要加速C.T1T2T3D.v2v1v4v3答案答案CD判斷衛(wèi)星變軌時速度、加速度變化情況的思路判斷衛(wèi)星變軌時速度、加速度變化情況的思路(1)判斷衛(wèi)星在不同圓軌道的運行速度大小時，可根據(jù)判斷衛(wèi)星在不同圓軌道的運行速度大小時，可根據(jù)“越遠(yuǎn)越

9、慢的規(guī)律判斷。越遠(yuǎn)越慢的規(guī)律判斷。(2)判斷衛(wèi)星在同一橢圓軌道上不同點的速度大小時，可根據(jù)開普勒第二定律判斷，判斷衛(wèi)星在同一橢圓軌道上不同點的速度大小時，可根據(jù)開普勒第二定律判斷，即離中心天體越遠(yuǎn)，速度越小。即離中心天體越遠(yuǎn)，速度越小。(3)判斷衛(wèi)星由圓軌道進(jìn)入橢圓軌道或由橢圓軌道進(jìn)入圓軌道時的速度大小如何變判斷衛(wèi)星由圓軌道進(jìn)入橢圓軌道或由橢圓軌道進(jìn)入圓軌道時的速度大小如何變化時，可根據(jù)離心運動或近心運動的條件進(jìn)展分析?；瘯r，可根據(jù)離心運動或近心運動的條件進(jìn)展分析。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練3 如圖如圖5所示，所示，“嫦娥一號探月衛(wèi)星被月球捕獲后，首先穩(wěn)定嫦娥一號探月衛(wèi)星被月球捕獲后，首先穩(wěn)定在橢圓軌道

10、在橢圓軌道上運動，其中上運動，其中P、Q兩點分別是軌道兩點分別是軌道的近月點和遠(yuǎn)月點，的近月點和遠(yuǎn)月點，是衛(wèi)星繞月球做圓周運動的軌道，軌道是衛(wèi)星繞月球做圓周運動的軌道，軌道和和在在P點相切，那么點相切，那么()A.衛(wèi)星沿軌道衛(wèi)星沿軌道運動，在運動，在P點的速度大于點的速度大于Q點的速度點的速度B.衛(wèi)星沿軌道衛(wèi)星沿軌道運動，在運動，在P點的加速度小于點的加速度小于Q點的加速度點的加速度C.衛(wèi)星分別沿軌道衛(wèi)星分別沿軌道、運動到運動到P點的加速度不相等點的加速度不相等D.衛(wèi)星要從軌道衛(wèi)星要從軌道進(jìn)入軌道進(jìn)入軌道，須在，須在P點加速點加速圖圖5解析在近月點速度較大，故解析在近月點速度較大，故A正確；在

11、正確；在P點從軌道點從軌道運動到軌道運動到軌道，衛(wèi)星做近心，衛(wèi)星做近心運動，需減速，故運動，需減速，故D錯誤；根據(jù)牛頓第二定律，加速度大小取決于衛(wèi)星受到的萬有錯誤；根據(jù)牛頓第二定律，加速度大小取決于衛(wèi)星受到的萬有引力，在同一點加速度是一樣的，故引力，在同一點加速度是一樣的，故B、C均錯誤。均錯誤。答案答案A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某一點做圓周運動，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某一點做圓周運動，這樣的兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星。如圖這樣的兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星。如圖6所示。所示。雙星運行問題雙星運行問題圖圖61.雙星特點：兩星具有一樣的

12、角速度和周期。雙星特點：兩星具有一樣的角速度和周期。試題案例試題案例例例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“雙星雙星，如圖，如圖7所示。雙星的質(zhì)量分別為所示。雙星的質(zhì)量分別為m1和和m2，它們之間的距離為，它們之間的距離為L，求雙星的運行，求雙星的運行軌道半徑軌道半徑r1和和r2及運行周期及運行周期T。圖圖7針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練4 (2021全國卷全國卷，18)(多項選擇多項選擇)2021年，人類第一次直接探測到來自雙中年，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100 s時，它時，它們相距約們相距約400 km，繞二者連線上的