专题30 卫星的变轨问题、天体追及相遇问题、双星和多星问题-【鼎力高考】2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练 专题30 卫星的变轨问题、天体追及相遇问题、双星和多星问题 导练目标 导练内容 目标1 卫星的变轨问题 目标2 天体追及相遇问题 目标3 双星和多星问题 【知识导学与典例导练】 1、 卫星的变轨问题 1.两类变轨简介 两类变轨 离心运动 近心运动 示意图 变轨起因 卫星速度突然增大 卫星速度突然减小 万有引力与 向心力的 大小关系 G<m G>m 2.变轨前后各运行物理参量的比较 （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。 ①在A点，由圆周Ⅰ变至椭圆Ⅱ时，发动机向后喷气，推力做正功，动能增加、势能不变、机械能增加； ②在B点，由椭圆Ⅱ变至圆周Ⅲ时，发动机向后喷气，推力做正功，动能增加、势能不变、机械能增加； 反之也有相应的规律。 【例1】2021年10月16日，中国神舟十三号载人飞船成功发射升空，与天和核心舱成功对接，将中国三名航天员送入“太空家园”。飞船与核心舱对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为的圆轨道Ⅲ上，神舟十三号飞船先被发送至半径为的圆轨道I上，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到远地点处与天和核心舱对接。关于神舟十三号飞船，下列说法正确的是（　　） A．沿轨道Ⅱ从近地点A运动到远地点B的过程中，速度不断增大 B．沿轨道Ⅰ运行时的机械能小于沿轨道Ⅱ运行时的机械能 C．沿轨道Ⅱ运行的周期为 D．沿轨道Ⅰ运动到A点时的加速度小于沿轨道Ⅱ运动到A点时的加速度 2、 天体追及相遇问题 绕同一中心天体，在同一轨道平面内不同高度上同向运行的卫星，因运行周期的不同，两颗卫星有时相距最近，有时又相距最远，这就是天体中的“追及相遇”问题。 相距 最远 当两卫星位于和中心天体连线的半径上两侧时，两卫星相距最远，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA－ωB)t′＝(2n－1)π(n＝1,2,3，…) 相距 最近 两卫星的运转方向相同，且位于和中心天体连线的半径上同侧时，两卫星相距最近，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA－ωB)t＝2nπ(n＝1,2,3，…) 【例2】如图所示，三颗卫星a、b、c绕地球做匀速圆周运动，其中b、c在地球的同步轨道上，a距离地球表面的高度为R，此时a、b恰好相距最近。已知地球质量为M、半径为R、地球自转的角速度为ω，万有引力常量为G，忽略卫星间的引力，下列说法中正确的是（　　） A．发射卫星b时速度要大于11.2km/s B．卫星a受到的合力大于卫星b受到的合力 C．卫星a和b到再次相距最近，至少还需时间 D．若要卫星c与b实现对接，可让卫星c直接在原轨道加速 3、 双星和多星问题 “双星”模型 “三星”模型 “四星”模型 情景导图 　 　 运动特点 转动方向、周期、角速度相同，运动半径一般不等 转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等 转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同，圆周运动半径相等 受力特点 两星间的万有引力提供两星圆周运动的向心力 各星所受万有引力的合力提供圆周运动的向心力 各星所受万有引力的合力提供圆周运动的向心力 解题规律 ＝m1ω2r1 ＝m2ω2r2 ＋＝ma向 ×cos 30°×2＝ma向 ×2cos 45°＋＝ma向 ×2×cos 30°＋＝ma向 解题关键 m1r1＝m2r2 r1＋r2＝L r＝ r＝L或r＝ 【例3】科学家发现距离地球2764光年的宇宙空间存在适合生命居住的双星系统，这一发现为人类研究地外生命提供了新的思路和方向。假设宇宙中有一双星系统由质量分别为m和M的A、B两颗星体组成。这两颗星绕它们连线上的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，如图所示，A、B两颗星的距离为L，引力常量为G，则（　　） A．因为OA>OB，所以m<M B．两颗星做圆周运动的周期为 C．若A由于不断吸附宇宙中的尘埃而使得质量缓慢增大，其他量不变