第七章 素养提升课四 双星模型及卫星变轨问题-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

素养提升课四 双星模型及卫星变轨问题 　　　　第七章 万有引力与宇宙航行 学习目标 1.知道卫星变轨的原因，会分析卫星变轨前后物理量的变化。　 2.掌握双星运动的特点，会分析双星问题。 提升点二　双星问题 提升点一　卫星变轨问题 随堂演练 课时精练 内 容 索 引 提升点一　卫星变轨问题 索引 重难诠释 2．变轨过程中各物理量的分析(如图所示) (1)两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等，图中 vⅢB>vⅡB，vⅡA>vⅠA。 (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。 (3)两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，v越小，图中vⅠ>vⅢ。 (4)不同轨道的上运行周期T不相等。根据开普勒第三定律 ＝k知，内侧轨道的周期小于外侧轨道的周期。图中TⅠ<TⅡ<TⅢ。 (5)两个不同轨道的“切点”处向心加速度an相同，图中aⅢB＝aⅡB，aⅡA＝aⅠA。 3．飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接 如图甲所示，低轨道飞船通过合理的加速，沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接。 (2)同一轨道飞船与空间站对接 如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度。 　　(2022·昆明高一期中)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B．卫星在轨道2上经过Q的速度大于在轨道1上经过Q的速度 C．卫星在轨道1上经过Q点时的向心加速度小于它在轨道2 上经过Q点时的向心加速度 D．卫星在轨道1上的运行周期大于在轨道3上的运行周期 例1 典题应用 √ 特别提醒 卫星变轨问题的三点提醒 1．卫星在轨道上的变轨点的线速度v增大或减小，但向心加速度an不变。 2．卫星在圆轨道上由低轨道变轨至高轨道后，线速度v将减小，角速度ω将减小，周期T将增大，向心加速度an将减小。 3．卫星在椭圆轨道上由近地点运动至远地点，线速度v将减小，向心加速度an将减小。　　 针对练1. (2022·汪清高一期末)中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》中，为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图所示，地球在椭圆轨道Ⅰ上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道Ⅱ。在圆形轨道Ⅱ上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚。对于该过程，下列说法正确的是 A．沿轨道Ⅰ运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道Ⅱ B．沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期 C．沿轨道Ⅰ运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度 D．在轨道Ⅰ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐增大 √ 针对练2. (多选)2021年5月15日7时18分，我国发射的“天问一号”火星探测器成功着陆于火星。如图所示，“天问一号”被火星捕获之后，需要在近火星点P变速，进入环绕火星的椭圆轨道。下列说法正确的是 A．“天问一号”由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，需要在P点加速 B．“天问一号”在轨道Ⅰ上经过P点时的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点时的加速度 C．“天问一号”在轨道Ⅰ上的运行周期小于在轨道Ⅱ上的运行周期 D．“天问一号”的发射速度必须大于11.2 km/s √ √ 索引 提升点二　双星问题 索引 1．双星问题 如图所示，宇宙中有相距较近、质量相差不多的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计。在这种情况下，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动，通常我们把这样的两个星球称为“双星”。 重难诠释 　　(多选)如图甲是一对相互环绕旋转的质量不等的双黑洞系统，其示意图如图乙所示，双黑洞A、B在相互之间的万有引力的作用下，绕其连线上的O点做匀速圆周运动，若双黑洞的质量之比mA∶mB＝n∶1，则 A．黑洞A、B做圆周运动的角速度大小之比为1∶1 B．黑洞A、B做圆周运动的向心力大小之比为n2∶1 C．黑洞A、B做圆周运动的半径之比为1∶n D．黑洞A、B做圆周运动的线速度大小之比为1∶n2 例2 典题应用 √ √ 针对练1.(多选)宇宙中，两颗靠得比较近的天体，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称为双星系统。设某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示。若AO>OB，则 A．天体A的质量一定大于B的质量 B．天体A的线速度一定大于B的线速度 C．双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越大 D．双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大 √