6.3万有引力定律的应用 课件 -2024-2025学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第六章 万有引力定律 第三节 万有引力定律的应用 特点 轨道位于 运动周期 相对地面 离地高度 赤道上方 一天24h 静止 ？？ 同步卫星只能在距地面大约三万六千公里的轨道上运行，为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能大约有120颗。空间位置是一种极其有限的资源。 地球同卫星 2024/11/9 2 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 一、同步卫星的几个一定 轨道平面一定： 高度一定 周期一定 角速度一定 线速度一定 轨道平面必定与赤道面共面 离地高度 与地球自传的角速度相同T=24h 与地球“共轴”模型 所有参数都是固定值 2024/11/9 3 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 二、卫星变轨 虽然同步卫星理论上轨道、速度、周期等参数不变，但是由于各种损耗（稀薄大气），在轨速度会慢慢降低。（降轨） 轨道半径变小 卫星若要降轨，先在原地降低速度，然后做向心运动，到达低轨道后，速度变得比原先要大 供 需 向心运动 根据 升轨 提升 高 低 离 2024/11/9 4 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 典型例题1 如图所示，“嫦娥一号”探月卫星被月球捕获后，首先稳定在椭圆轨道Ⅰ上运动，其中P、Q两点分别是轨道Ⅰ的近月点和远月点，Ⅱ是卫星绕月球做圆周运动的轨道，轨道Ⅰ和Ⅱ在P点相切，则(　　) （A）卫星沿轨道Ⅰ运动，在P点的速度大于Q点的速度 （B）卫星沿轨道Ⅰ运动，在P点的加速度小于Q点的加速度 （C）卫星分别沿轨道Ⅰ、Ⅱ运动到P点的加速度不相等 （D）卫星要从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，须在P点加速 A 2024/11/9 5 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 三、双星系统 r r r1 r2 双星 2024/11/9 6 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 三、双星系统 r 由两颗恒星组成，他们在各自的轨道上环绕着共同中心旋转，周期角速度相同，由于质量一样，轨道半径和线速度以及加速度大小都是一样的。 根据不同的向心力公式，可以求出其他运行参数。 2024/11/9 7 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 三、双星系统 r1 r2 由两颗恒星组成，他们在各自的轨道上环绕着共同中心旋转，周期角速度相同，由于质量不一样，轨道半径和线速度以及加速度大小都是不一样的。 2024/11/9 8 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 典型例题2 于如我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。求S2的质量。 思考：若三颗质量均为m的天体绕他们共同的质量中心做匀速圆周运动，他们的角速度是多少？ 2024/11/9 9 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂小结 地球同步卫星： 位于赤道上方，在地面上看相对地面是静止的，也称静止卫星。地球同步卫星与地球以相同的角速度转动，周期与地球自转周期相同。 卫星变轨： 发射速度指被发射物体离开地面时的速度 运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度 双星系统 2024/11/9 10 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 关于同步卫星的描述，哪一项是正确的？ A. 同步卫星必须与地面上的观察者保持固定的相对位置 B. 同步卫星的轨道周期比地球的自转周期长 C. 同步卫星的轨道平面与地球的赤道平面平行 D. 同步卫星可以是静止的，但并不一定保持与地球同一位置 答案：A 解析： 同步卫星的定义是指其轨道周期与地球的自转周期相同（即24小时），并且保持与地面某一固定点的相对位置不变。同步卫星的轨道平面与地球赤道平面平行，轨道的高度约为35786千米。 已知某同步卫星的轨道高度为35786km，试问该卫星的轨道周期为多少？ A. 12小时 B. 24小时 C. 48小时 D. 36小时 答案：B 解析： 根据万有引力定律，卫星轨道的周期与卫星与地球的距离（r）有关，具体计算可以得到同步卫星的周期为24小时，即与地球自转周期相同。 卫星的轨道半径为r，其周期为T，那么卫星的速度v与万有引力常数G、地球质量M之间的关系是： 如果同步卫星的轨道半径增加一倍，则该卫星的轨道周期将如何变化？ A. 增加一倍 B. 增加四倍 C. 增加根号2倍 D. 不变 答案：A 解析： 根据开普勒第三定律，轨道周期与轨道半径的3/2次方成正比。因此，如果轨道半径增加一倍，周期将增加根号2倍，答案选A。 卫星的变轨过程中，最有效的方式是： A. 利用卫星本身的动能 B. 利用火箭助推 C. 利用太阳风 D. 利用地球引力 答案：B 解析： 卫星的变轨一般依赖于火箭助推，利用火箭的推力改变卫星的轨道。这是目前最有效、最常用的方式。 变轨时，卫星在变轨过程中的加速度主要受到以下哪一因素的影响？ A. 卫星本身的质量 B. 火箭推力 C. 地球引力 D. 卫星的初速度 答案：B 解析： 在卫星变轨过程中，主要依赖于火箭推力来改变卫星的轨道。推力的大小直接影响卫星的加速度。 下列关于双星系统的描述，哪一项是正确的？ A. 双星系统中的两个星体质量相等 B. 双星系统中两个星体距离不变 C. 双星系统中的两个星体绕共同质心运动 D. 双星系统中的两个星体始终保持相对静止 答案：C 解析： 在双星系统中，两个星体绕共同的质心运动，质心是两星体质量加权平均的点，双星系统中的两颗星体的运动是相对的，但它们的质心始终静止。 关于地球和同步卫星之间的万有引力，以下哪个说法是正确的？ A. 地球对同步卫星的引力为零 B. 同步卫星的重力比地面上的重力要大 C. 同步卫星和地球之间的万有引力等于卫星的向心力 D. 同步卫星的引力与地面上的引力相同 答案：C 解析： 同步卫星的万有引力和它的向心力是相等的，这两者共同作用使卫星保持在同步轨道上，进行稳定的圆周运动。 一颗卫星要从圆形轨道上变轨到另一条轨道，最简单的方式是： A. 通过减速 B. 通过增加速度 C. 直接改变轨道面 D. 通过增加卫星质量 答案：A 解析： 卫星变轨的最简单方法是通过减速，使卫星进入较低的轨道。减速后，卫星将受到地球更强的引力作用，从而调整轨道。 双星系统中，两颗星的距离为r，它们的公转周期T与距离r的关系是： 一个变轨卫星的轨道周期为24小时，如果它的轨道高度变为原来的两倍，新的轨道周期将是： A. 48小时 B. 34小时 C. 24小时 D. 12小时 答案：A 解析： 根据开普勒定律，轨道周期与轨道半径的3/2次方成正比。如果轨道高度加倍，周期将增加一倍，即48小时。 下列哪项描述与双星系统的稳定性无关？ A. 两颗星的质量 B. 两颗星之间的距离 C. 两颗星的轨道速度 D. 双星系统所在的星系的引力 答案：D 解析： 双星系统的稳定性主要由两颗星的质量、轨道半径和轨道速度决定，星系的引力对双星系统的稳定性影响不大。 如果卫星的速度增加，那么卫星轨道将如何变化？ A. 轨道变高 B. 轨道变低 C. 轨道不变 D. 轨道周期增加 答案：A 解析： 如果卫星的速度增加，它将获得更多的动能，轨道会变得更加远离地球，即轨道变高。 关于同步卫星的飞行速度，以下哪项描述是正确的？ A. 同步卫星的飞行速度必须保持恒定，不受外界因素影响 B. 同步卫星的飞行速度与地球的引力成反比 C. 同步卫星的飞行速度越高，离地球的距离越近 D. 同步卫星的飞行速度与轨道半径的平方根成反比 答案：D 解析： 同步卫星的飞行速度与轨道半径的平方根成反比，速度越大，轨道半径越小。同步卫星在轨道上必须保持一定速度，以确保万有引力与向心力平衡。 若某卫星的轨道高度为H，而另一颗卫星的轨道高度是H的两倍，假设两颗卫星的质量相同，则两颗卫星的轨道周期T1与T2之间的关系是： 当同步卫星发生变轨时，以下哪个因素不影响卫星的变轨过程？ A. 卫星的初始轨道速度 B. 火箭的推力大小 C. 地球的质量 D. 卫星的外形 答案：D 解析： 卫星的外形与变轨过程无关。变轨主要由卫星的初始轨道速度、火箭的推力以及地球的引力等因素决定。 答案：B 解析： 万有引力定律表明，两个物体之间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，即 如果一颗卫星的轨道周期为T，轨道半径为r，根据开普勒定律，轨道周期与轨道半径的关系是： 某同步卫星的轨道半径为35786 km，若卫星的质量增加，卫星的轨道周期将： A. 不变 B. 增加 C. 减少 D. 变得不可预测 答案：A 解析： 同步卫星的轨道周期由地球的质量和轨道半径决定，与卫星本身的质量无关。因此，卫星的质量增加不会影响轨道周期。 谢谢观看 $$