第4章 综合·融通 应用万有引力定律解决三个热点问题（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

应用万有引力定律 解决三个热点问题 综合·融通 (融会课—主题串知综合应用) 01 02 03 目 录 主题（一）卫星变轨问题　 主题（二）同步卫星、近地卫星和赤道上 物体的运动参量比较　 主题（三）双星和三星模型 2 通过上一节课的学习我们已经初步掌握天体质量和密度的计算、宇宙速度的理解和计算、不同轨道的卫星运动参量的分析与比较，这节课将进一步学习卫星变轨问题，同步卫星、近地卫星和赤道上物体的运动参量比较，双星和三星模型。 主题(一)　 卫星变轨问题　 [知能融会通] 1．变轨问题概述 2．变轨过程 (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射 卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示。 (2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大， 万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆轨道Ⅲ。 3．变轨过程各物理量分析 (1)两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等，图中vⅢ＞vⅡB，vⅡA＞vⅠ。 (2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等，从远地点到近地点线速度逐渐增大。 [典例]　(2023·海南高考)(多选)如图所示，1、2轨道 分别是天宫二号飞船在变轨前、后的轨道，下列说法正确 的是(　 ) A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速 B．飞船在1轨道的周期大于2轨道的 C．飞船在1轨道的速度大于2轨道的 D．飞船在1轨道的加速度大于2轨道的 1．(2022·浙江1月选考)“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号(　 ) [题点全练清] A．发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间 B．从P点转移到Q点的时间小于6个月 C．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小 D．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度 答案：C　 解析：因“天问一号”要挣脱地球引力束缚，变轨到绕太阳转动，则发射速度要大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度，即发射速度介于11.2 km/s与16.7 km/s 之间，A错误；由P点转移到Q点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球公转周期(12个月)，则从P点转移到Q点的时间为转移轨道周期的一半，应大于6个月，B错误； 因“天问一号”在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可知在停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，C正确；从P点变轨时，要增大速度，此后做离心运动，速度减小，在地火转移轨道Q点运动的速度小于地球绕太阳的速度，D错误。 2．2023年5月30日16时29分，神舟十六号载人飞船成功对接于空间站天和核心舱径向端口，整个对接过程历时约6.5小时。对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为r2的圆轨道Ⅲ；神舟十六号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ，运行周期为T1，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与天和核心舱对接。则神舟十六号飞船(　 ) 答案：C　 主题点(二)　 同步卫星、近地卫星和赤道上物体的运动参量比较　 [知能融会通] 1．近地卫星 近地卫星的轨道半径r可以近似地认为等于地球半径R，其线速度大小为v1＝7.9 km/s，角速度、向心加速度最大，周期最小。 2．地球同步卫星 (1)“同步”的含义就是和地球保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期。 (2)特点 ①定周期：所有同步卫星周期均为T≈24 h。 ②定点：相对地面静止且在赤道上的某点的正上方。 ③定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东。 [典例]　如图所示，A是静止在赤道上的物体， B、C、D是与A在同一平面内三颗人造卫星。B位 于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C、D是两颗地球同步卫星。下列说法中正确的是(　 ) A．卫星C加速就可以追上同一轨道上前方的卫星D B．卫星A、B、C的线速度大小关系为vA＞vB＞vC C．卫星A、B、C的向心加速度大小关系为aA＞aB＞aC D．卫星A、B、C的周期大小关系为TA＝TC＞TB [答案]　D 1．(多选)如图所示，a为地球赤道上 的物体，随地球表面一起转动，b为近地 轨道卫星，c为同步轨道卫星，d为高空探测卫星。若a、b、c、d绕地球转动方向相同，且均可视为匀速圆周运动。则(　 ) A．a、b、c、d中，a的向心加速度最大 B．a、b、c、d中，b的线速度最大 C．a、b、c、d中，d的周期大于24小时 D．c可以经过地球两极上空 [题点全练清] 答案：BC　 2．(多选)如图所示，赤道上空的卫星A距地面 高度为R，质量为m的物体B静止在地球表面的赤道 上，卫星A绕行方向与地