专题08 天体的轨道运行与变轨（知识精讲）-【新教材精创】2019-2020学年高一物理新教材知识讲学（人教必修第二册）

专题08 天体的轨道运行与变轨 知识精讲 一 知识结构图 内容 考点 关注点 天体的轨道运行与变轨 天体运行的动力学方程 向心力与万有引力的关系 天体运行的运动学问题 开普勒三定律 卫星的发射与回收 宇宙速度 多星系统 双星系统问题 同步卫星、近地卫星与赤道上物体 对比方法 二.学法指导 1通过研究同一卫星在不同圆形轨道上的运行，理解运行速度、角速度、周期等物理量与轨道半径的关系 2. 通过对卫星在椭圆轨道上运行分析，掌握卫星在椭圆轨道上的速度、加速度的比较。 3.通过对比理解运行速度与发射速度的区别与联系，掌握第一宇宙速度的计算. 4.通过示意图理解双星系统中动力学解题法. 5.通过对比理解理解的同步卫星、近地卫星与赤道上物体在向心力来源及运动学参量的区别与联系，并通过例题与练习掌握它们的应用、 三.知识点贯通 知识点1 科学思维——天体运行的动力学与运动学问题 (1)圆形轨道上运行的卫星： 在圆形轨道上运行的卫星，其向心力由中心天体的万有引力来提供 在圆形轨道上各物理量与轨道半径的关系 线速度: 角速度: 周期: 向心加速度: (2在椭圆轨道上运行的卫星： 椭圆轨道上，卫星在某处的加速度与向心加速度一般不同，比较加速度时可直接利用牛顿第二定律；比较向心加速度时若利用牛顿第二定律则外力需是垂直于该处速度方向的分力，若利用向心加速度表达式时，速度是该处的瞬时速度，半径是该处的曲率半径 在轨道上的运行时间或运行周期的比较或计算，可从开普勒三定律角度 例题1．我国已成功发射首艘空间实验室“天宫二号”和首个硬Ｘ射线调制望远镜卫星“慧眼”，它们均可近似看作绕地球做匀速圆周运动。已知“天宫二号”和“慧眼”距离地面的高度分别为h1和h2，地球半径为R，则“天宫二号”与“慧眼”的 A.加速度之比为　　　　　　　B.周期之比为 C.线速度之比为　　　D.角速度之比为 例题２．如图所示，从地面上A点发射一枚远程弹道导弹，在引力作用下，沿ACB椭圆轨道飞行击中地面目标B，C为轨道的远地点，距地面高度为h.已知地球半径为R，地球质量为m地，引力常量为G.设距地面高度为h的圆轨道上卫星运动周期为T0，不计空气阻力。下列结论正确的是 (A) 导弹在C点的速度大于 (B) 导弹在C点的加速度等于 (C) 地球球心为导弹椭圆轨道的一个焦点 (D) 导弹从点A运动到B点的时间一定小于T0 例题３.右图为两颗人造卫星绕地球运动的轨道示意图，Ⅰ为圆轨道，Ⅱ为椭圆轨道，AB为椭圆的长轴，两轨道和地心都在同一平面内，C、D为两轨道交点。己知轨道Ⅱ上的卫星运动到C点时速度方向与AB平行，则下列说法正确的是 A．两颗卫星的运动周期相同 B．卫星在Ⅰ轨道的速率为v0，卫星在Ⅱ轨道B点的速率为vB，则v0<vB C．两个轨道上的卫星运动到C点时的加速度相同 D．两个轨道上的卫星运动到C点时的向心加速度大小相等 知识点二 科学思维——卫星变轨、发射与宇宙速度 (1)变轨问题 卫星变轨时从低轨道（半长轴或半径短的轨道）向高轨道变轨，发动机需施加动力使卫星加速(从能量角度看卫星机械能增大），反之则需减速 飞行器实施对接时，由于同一轨道上的飞行器运行角速度相同。不能直接对接，需先使后方飞行器减速进入低轨道，行当时刻再加速回到原轨道以运行至同一位置进行对接 (2)宇宙速度 卫星在发射阶段加速上升时处于超重状态，在轨道上或返回中在空气阻力可以忽略的情况下无动力飞行时处于完全失重状态，返回回收阶段中减速下降时处于超重状态 第一宇宙速度是发射速度的最小值，等于圆轨道上运动速度的最大值（椭圆轨道上某点速度可大于第一宇宙速度），。第二宇宙速度是脱离地球束缚成为绕太阳或其它行星运行天体的最小发射速度。第三宇宙速度是脱离太阳系的最小发射速度 例题４：为了迎接太空时代的到来，美国国会通过一项计划：在2050年前建造成太空升降机，就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上，另一端系住升降机，放开绳，升降机能到达地球上，人坐在升降机里。科学家控制卫星上的电动机把升降机拉到卫星上。已知地球表面的重力加速度g=10m/s2，地球半径R＝6400km，地球自转周期为24h。某宇航员在地球表面用体重计称得体重为800N，站在升降机中，某时刻当升降机以加速度a＝10m/s2垂直地面上升，这时此人再一次用同一体重计称得视重为850N，忽略地球公转的影响，根据以上数据：（ ） A．可以求出宇航员的质量 B．可以求出升降机此时距地面的高度 C．可以求出升降机此时所受万有引力的大小 D．如果把绳的一端搁置在同步卫星上，可知绳的长度至少有多长 例题５：由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上