第四章 专题三　万有引力定律的综合应用（知识讲解）-2021锁定高考物理一轮总复习（Word）

专题三　万有引力定律的综合应用 考点研析·互动提升 ———————— 精研核心考点　典例深度剖析————————— |考点1|　卫星的发射与变轨问题(3年2考) 1. 卫星轨道的渐变 当卫星由于某种原因速度突然改变时，万有引力不再等于向心力，卫星将做变轨运动． (1)当卫星的速度逐渐增加时，G可知其运行速度比原轨道时减小．，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v＝<m (2)当卫星的速度逐渐减小时，G可知其运行速度比原轨道时增大．，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v＝>m 2. 卫星轨道的突变 由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定的轨道．如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成： (1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ. (2)使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ. (3)卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动． 3. 变轨过程各物理量分析 (1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为vA、vB.在A点加速，则vA>v1，在B点加速，则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB. (2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同． (3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1<T2<T3. (4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1<E2<E3. 4. 对接 航天飞船与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追及问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题． 　考向1　卫星发射前后各个物理量的变化 　　(2019·浙江名校月考)世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后，正式交付用户单位使用，如图为“墨子号”变轨示意图，轨道A与轨道B相切于P点，轨道B与轨道C相切于Q点，以下说法正确的是(D) A. “墨子号”在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越大 B. “墨子号”在轨道C上经过Q点的速率大于在轨道A上经过P点的速率 C. “墨子号”在轨道B上经过P点时的向心加速度大于在轨道A上经过P点时的向心加速度 D. “墨子号”在轨道B上经过Q点时受到的地球的引力小于经过P点时受到的地球的引力 审题眼： “轨道A与轨道B相切于P点，轨道B与轨道C相切于Q点”——轨道相切于P、Q两点． 找关联： 两轨道相切于同一点，加速度相同，外轨道速率大于内轨道速率． 解析　“墨子号”在轨道B上由P向Q运动的过程中，逐渐远离地心，速率越来越小，选项A错误；“墨子号”在A、C轨道上运行时，轨道半径不同，根据G，轨道半径越大，线速度越小，选项B错误；“墨子号”在A、B两轨道上经过P点时，离地心的距离相等，受地球的引力相等，所以加速度是相等的，选项C错误；“墨子号”在轨道B上经过Q点比经过P点时离地心的距离要远些，受地球的引力要小些，选项D正确．可得v＝＝m [考点师生共研]　1.航天器变轨问题的三点注意事项 （1）航天器变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新圆轨道上的运行速度变化由v＝判断. （2）航天器在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大. （3）航天器经过不同轨道的相交点时，加速度相等，外轨道的速率大于内轨道的速率. 2.变轨的两种情况 　考向2　宇宙飞船、空间站的对接问题 　　如图所示，宇宙飞船A在低轨道上飞行，为了给更高轨道的宇宙空间站B输送物质，需要与B对接，它可以采用喷气的方法改变速度，从而达到改变轨道的目的，则以下说法正确的是(B) A. 它应沿运行速度方向喷气，与B对接后周期比低轨道时的小 B. 它应沿运行速度的反方向喷气，与B对接后周期比低轨道时的大 C. 它应沿运行速度方向喷气，与B对接后周期比低轨道时的大 D. 它应沿运行速度的反方向喷气，与B对接后周期比低轨道时的小 审题眼： “为了给更高轨道的宇宙空间站B输送物质，需要与B对接”——最后A、B同轨道． “采用喷气的方法改变速度”——沿运行速度方向喷气，受力向后；沿运行速度的反方向喷气，受力向前. 找关联： 由低轨道向高轨道转移，需要向