第三章 素养提升课三 卫星变轨问题和双星模型-【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（粤教版）

素养提升课三　卫星变轨问题和双星模型 　　　　 第三章　万有引力定律 学习目标 1．会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后的运动 特点。　 2．会分析双星问题，能够求解双星运动的周期和角速度。 提升点二　双星模型 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 1．卫星的变轨问题 卫星变轨时，先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r发生变化。 (1)当卫星减速时，卫星所需的向心力F＝m 减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁。 (2)当卫星加速时，卫星所需的向心力F＝m 增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁。 以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据。 重难诠释 2．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地加速，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。 (多选)如图所示，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，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，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3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 例1 典题应用 √ √ 审题指导：(1)判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时，可根据“越远越慢”的规律判断。 (2)判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时，可根据开普勒第二定律判断，即离中心天体越远，速度越小。 (3)判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时，可根据离心运动或近心运动的条件进行分析。 (4)判断卫星的加速度大小时，可根据a＝ ＝G 判断。 针对练1．(多选)如图所示，一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动。经P点时，启动推进器短时间向前喷气使其变轨，2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道。则飞行器 A．相对于变轨前运行周期变长 B．变轨后将沿轨道3运动 C．变轨前、后在两轨道上经P点的速度大小相等 D．变轨前、后在两轨道上经P点的加速度大小相等 √ √ 由于在P点推进器向前喷气，故飞行器将做减速运动，v减小，飞行器做圆周运动需要的向心力F＝m 减小，小于在P点受到的万有引力G ，则飞行器将开始做近心运动，轨道半径r减小。根据开普勒第三定律知，卫星轨道半径减小，则周期减小，A、C错误；因为飞行器做近心运动，轨道半径减小，故将沿轨道3运动，B正确；飞行器在轨道P点都是由万有引力产生加速度，因为在同一点P，万有引力产生的加速度大小相等，D正确。 针对练2．(多选)如图所示，我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空后与天宫二号交会对接。假设天舟一号从B点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点。则 A．天宫二号的运行速度小于7.9 km/s B．天舟一号在A点的速度大于天宫二号的运行速度 C．天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期 D．天舟一号在A点的加速度大于天宫二号在A点加速度 √ √ 7.9 km/s是绕地球做圆周运动的最大环绕速度，天宫二号的运行速度小于7.9 km/s，故A正确；天舟一号在A点加速才能进入天宫二号的圆轨 道，则天舟一号在A点的速度小于天宫二号的运行速度，B错误；根据开普勒第三定律 ＝k可知，天舟一号运行的半长轴小于天宫二号的运行半径，则天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期，C正确；根据a＝ 可知天舟一号在A点的加速度等于天宫二号在A点的加速度，D错误。 索引 提升点二　双星模型 索引 1．双星模型 (1)如图所示，宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，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 (2)特点 ①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同。 ②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供。 ③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r1＋r2＝L，轨道半径与两星质量成反比。 (3)处理方法：双星间的万有引力提供了它