模型12 行星模型 -备战2024年高考物理答题技巧与模板构建

模型12、行星模型 【模型特点】 1. 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 2.极地卫星、近地卫星 (1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖. (2) 近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9km/s. 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期: (3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心. 深化拓展: (1) 卫星的、、、是相互联系的，如果一个量发生变化，其他量也随之发生变化;这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定. (2) 卫星的能量与轨道半径的关系:同一颗卫星，轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大. 3.同步卫星(通信卫星均为同步卫星) “同步”的含义就是和地球保持相对静止(又叫静止轨道卫星) (1)周期等于地球自转周期，既T=24h (2)轨道半径是唯一确定的，离地面的高度为地 (3)该轨道必须在地球赤道的正上方 (4)卫星的运转方向必须是由西向东 【模型解题】 1、 卫星变轨问题分析 当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行:  (1)当卫星的速度突然增大时，，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由可知其运行速度比原轨道时减小. (2)当卫星的速度突然减小时，;即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由可知其运行速度比原轨道时增大. 卫星的发射和回收就是利用这一原理. 2、 双星系统模型问题的分析与计算 宇宙中往往会有相距较近，质量可以相比的两颗星球，它们离其它星球都较远，因此其它星球对它们的万有引力可以忽略不计。在这种情况下，它们将围绕它们连线上的某一固定点做同周期的匀速圆周运动。这种结构叫做双星。 [特点] (1)各自需要的向心力由彼此间的万有引力相互提供，即， (2)两颗星的周期及角速度都相同，即, (3)两颗星的半径与它们之间的距离关系为: (4)两颗星到圆心的距离、与星体质量成反比，即 (5)双星的运动周期 (6)双星的总质量公式 △双星系统问题的误区 (1)不能区分星体间距与轨道半径:万有引力定律中的r为两星体间距离，向心力公式中的r为所研究星球做圆周运动的轨道半径. (2)找不准物理现象的对应规律. 【模型训练】 【例1】某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运动半径的，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运行周期为（　　） A．天 B．天 C．1天 D．9天 变式1.1已知地球半径为R，同步卫星到地心的距离约为6.6R，某人造卫星在离地球表面的距离为1.2R的轨道上做匀速圆周运动，则该卫星运动的周期约为（    ） A．0.5 天 B．0.2天 C．5.2 天 D．9天 变式1.2我国的第一颗卫星“东方红一号”于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心由长征一号运载火箭送入工作轨道（近地点距地球表面的距离、远地点距地球表面的距离），它开创了中国航天史的新纪元。1984年，“东方红二号”卫星发射成功，这是一颗地球同步卫星，距离地心大约。已知地球半径为，可以估算“东方红一号”卫星的周期约为（　　） A．80分钟 B．102分钟 C．114分钟 D．120分钟 【例2】2021年4月28日，国际行星防御大会召开，我国代表介绍了正在论证的小行星探测任务。关于行星运动规律下列说法正确的是（　　） A．第谷根据多年的观测总结揭示了行星的运动规律，为万有引力定律的发现奠定了基础 B．牛顿发现万有引力定律后，开普勒整理牛顿的观测数据后，发现了行星运动的规律 C．开普勒第三定律表达式为月亮围绕地球运动的k值与人造卫星围绕地球运动的k值相同 D．行星绕太阳运动时、线速度方向时刻在变，大小始终不变 变式2.1关于开普勒行星运动定律，下列说法中正确的是（　　） A．开普勒通过自己的长期观测，记录了大量数据，通过对数据的研究总结出了行星运动定律 B．根据开普勒第一定律，行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上 C．根据开普勒第二定律，行星绕太阳运动时，线速度大小始终不变 D．根据开普勒第三定律，所有行星轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相等 变式2.2人类对太阳系中行星运动规律的探索过程中，曾有擅长观测的科学家通过长期观测记录了各行星环绕太阳运动（公转）的大量数据，在此基础上有位擅长数学推理的科学家，认为行星公转轨道应该是椭圆，然后通过数学推理，发现了行星运动三大定律，揭示了行星运动的规律。观测记录行星公