《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 微型專題4 衛(wèi)星變軌問題和雙星問題課件 粵教版必修2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 微型專題4 衛(wèi)星變軌問題和雙星問題課件 粵教版必修2.ppt（24頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、微型專題4衛(wèi)星變軌問題和雙星問題,第三章萬有引力定律及其應(yīng)用,內(nèi)容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān),重點探究,1.發(fā)射問題要發(fā)射人造衛(wèi)星，動力裝置在地面處要給衛(wèi)星一很大的發(fā)射初速度，且發(fā)射速度v＞v1＝7.9km/s，人造衛(wèi)星做離開地球的運動；當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道區(qū)域后，再調(diào)整速度，使F引＝F向，即，從而使衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道.,,一、人造衛(wèi)星的發(fā)射、變軌與對接,2.衛(wèi)星的變軌問題衛(wèi)星變軌時，先是線速度v發(fā)生變化導(dǎo)致需要的向心力發(fā)生變化，進(jìn)而使軌道半徑r發(fā)生變化.(1)當(dāng)衛(wèi)星減速時，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m減小，萬有引力大于所需的向心力，衛(wèi)星將做近心運動，向低軌道變遷.

2、(2)當(dāng)衛(wèi)星加速時，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m增大，萬有引力不足以提供衛(wèi)星所需的向心力，衛(wèi)星將做離心運動，向高軌道變遷.以上兩點是比較橢圓和圓軌道切點速度的依據(jù).,3.飛船對接問題(1)低軌道飛船與高軌道空間站對接如圖1甲所示，低軌道飛船通過合理地加速，沿橢圓軌道(做離心運動)追上高軌道空間站與其完成對接.,圖1,(2)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，使飛船追上空間站時恰好具有相同的速度.,例1如圖2所示為衛(wèi)星發(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、

3、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軌道上正常運行時，以下說法中正確的是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上的周期大于在軌道2上的周期C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的速率大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的速率D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度小于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度,圖2,答案,解析,√,解析衛(wèi)星在圓軌道上做勻速圓周運動時有：,由開普勒第三定律知T3>T2，B項正確.在Q點從軌道1到軌道2需要做離心運動，故需要加速.所以在Q點v2Q>v1Q，C項錯誤.在同一點P，由＝ma知，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點的加速度，D

4、項錯誤.,因為r1＜r3，所以v1＞v3，A項錯誤.,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)“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，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化時，可根據(jù)離心運動或近心運動的條件進(jìn)行分析.,1.如圖3所示，宇宙中有相距較近、質(zhì)量相差不大的兩個星球，它們離其他星球都較遠(yuǎn)，因此其他星球?qū)λ鼈兊娜f有引力可以忽略不計.在這種情況下，它們將圍繞它們連線上的某一固定點做周期相同的勻速圓周運動，這種結(jié)構(gòu)叫

5、做“雙星”.,,二、雙星問題,圖3,2.雙星問題的特點(1)兩星的運動軌道為同心圓，圓心是它們之間連線上的某一點.(2)兩星的向心力大小相等，由它們間的萬有引力提供.(3)兩星的運動周期、角速度相同.(4)兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1＋r2＝L.3.雙星問題的處理方法：雙星間的萬有引力提供了它們做圓周運動的向心力，即＝m1ω2r1＝m2ω2r2.,例2兩個靠得很近的天體，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4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r

6、1和r2及運行周期T.,答案,解析,圖4,解析雙星間的萬有引力提供了各自做圓周運動的向心力,針對訓(xùn)練(多選)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每秒轉(zhuǎn)動12圈.將兩顆中子星都看做是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、引力常數(shù)并利用牛頓力學(xué)知識，可以估算出這一時刻兩顆中子星的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,答案,解析,√,√,解析兩顆中子星運動到某位置的示意圖如圖所示每秒轉(zhuǎn)動12圈，角速度已知，中子星運動時，由萬有引力提供向心力得,l＝r1＋r2③,質(zhì)量之和

7、可以估算.由線速度與角速度的關(guān)系v＝ωr得v1＝ωr1④v2＝ωr2⑤由③④⑤式得v1＋v2＝ω(r1＋r2)＝ωl，速率之和可以估算.質(zhì)量之積和各自的自轉(zhuǎn)角速度無法求解.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(衛(wèi)星的變軌問題)(多選)肩負(fù)著“落月”和“勘察”重任的“嫦娥三號”沿地月轉(zhuǎn)移軌道直奔月球，如圖5所示，在距月球表面100km的P點進(jìn)行第一次制動后被月球捕獲，進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ繞月飛行，之后，衛(wèi)星在P點又經(jīng)過第二次“剎車制動”，進(jìn)入距月球表面100km的圓形工作軌道Ⅱ，繞月球做勻速圓周運動，在經(jīng)過P點時會再一次“剎車制動”進(jìn)入近月點距月球表面15公里的橢圓軌道Ⅲ，然后擇機(jī)在近月點下降進(jìn)行軟著陸，則下列說法正確的

8、是A.“嫦娥三號”在軌道Ⅰ上運動的周期最長B.“嫦娥三號”在軌道Ⅲ上運動的周期最長C.“嫦娥三號”經(jīng)過P點時在軌道Ⅱ上運動的線速度最大D.“嫦娥三號”經(jīng)過P點時，在三個軌道上的加速度相等,√,圖5,√,1,2,3,答案,解析,1,2,3,解析由于“嫦娥三號”在軌道Ⅰ上運動的半長軸大于在軌道Ⅱ上運動的半徑，也大于軌道Ⅲ的半長軸，根據(jù)開普勒第三定律可知，“嫦娥三號”在各軌道上穩(wěn)定運行時的周期關(guān)系為TⅠ＞TⅡ＞TⅢ，故A正確，B錯誤；“嫦娥三號”在由高軌道降到低軌道時，都要在P點進(jìn)行“剎車制動”，所以經(jīng)過P點時，在三個軌道上的線速度關(guān)系為vⅠ＞vⅡ＞vⅢ，所以C錯誤；由于“嫦娥三號”在P點時的加速度

9、只與所受到的月球引力有關(guān)，故D正確.,2.(衛(wèi)星、飛船的對接問題)如圖6所示，我國發(fā)射的“神舟十一號”飛船和“天宮二號”空間實驗室于2016年10月19日自動交會對接成功.假設(shè)對接前“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是A.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現(xiàn)對接B.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接C.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現(xiàn)對接D.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室

10、，兩者速度接近時實現(xiàn)對接,√,圖6,1,2,3,答案,解析,1,2,3,解析飛船在同一軌道上加速追趕空間實驗室時，速度增大，所需向心力大于萬有引力，飛船將做離心運動，不能實現(xiàn)與空間實驗室的對接，選項A錯誤；同時，空間實驗室在同一軌道上減速等待飛船時，速度減小，所需向心力小于萬有引力，空間實驗室將做近心運動，也不能實現(xiàn)對接，選項B錯誤；當(dāng)飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上加速時，飛船將做離心運動，逐漸靠近空間實驗室，可實現(xiàn)對接，選項C正確；當(dāng)飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上減速時，飛船將做近心運動，遠(yuǎn)離空間實驗室，不能實現(xiàn)對接，選項D錯誤.,1,2,3,3.(雙星問題)如圖7所示，兩顆星球組成的雙星，在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上的O點做周期相同的勻速圓周運動.現(xiàn)測得兩顆星之間的距離為L，質(zhì)量之比為m1∶m2＝3∶2，下列說法中正確的是A.m1、m2做圓周運動的線速度之比為3∶2B.m1、m2做圓周運動的角速度之比為3∶2C.m1做圓周運動的半徑為LD.m2做圓周運動的半徑為L,圖7,√,答案,解析,1,2,3,解析設(shè)雙星m1、m2距轉(zhuǎn)動中心O的距離分別為r1、r2，雙星繞O點轉(zhuǎn)動的角速度均為ω，據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律得,m1、m2運動的線速度分別為v1＝r1ω，v2＝r2ω，故v1∶v2＝r1∶r2＝2∶3.綜上所述，選項C正確.,