7.4.2 宇宙航行 预导案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

科目： 物理 课题： 编写人： 年级： 高一 出题时间： 审核人： 姓名：______________ 班级：______________ 7.4.2宇宙航行 【学习目标】 1. 会分析卫星(飞船)的变轨和对接问题． 2. 会分析卫星运动中的双星问题和追及问题． 【学习重难点】 重点 分析双星的受力和运动情况，并会应用其计算相应物理量。 卫星变轨问题 难点 多星系统的分析与计算 【预习新知】 （一）卫星的变轨和对接问题 1. 卫星变轨问题 如图所示，当卫星绕地球做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，当速度v突然改变时：若速度v突然减小，卫星将做_近心 运动，轨迹变为椭圆；若速度v突然增大，卫星将做_离心 运动，轨迹变为椭圆．所以，卫星在近地圆轨道的P点点火_加速 进入椭圆形的转移轨道，在转移轨道的Q点点火_加速 进入同步轨道． （1）设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步轨道上的速率为v4，将这四个速度从大到小排序： ． （2）设卫星在轨道1、2、3上运动的周期分别为T1、T2、T3，将这三个周期从小到大排序： ． （3）设卫星在轨道1上经过P点时的加速度为a1P，在轨道2经过P、Q点时的加速度分别为a2P、a2Q，在轨道3经过Q点时的加速度为a3Q，将这四个加速度从大到小排序：． 2. 飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接．如图所示，低轨道飞船通过合理地_加速 ，做 离心 运动后沿椭圆轨道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． （二）双星系统 1.双星系统是指两个离得较近的天体，在彼此间的引力作用下，绕两者连线上的一点做圆周运动。两个天体运动的周期和角速度相同。 2.公式： ＝ ＝ 得， （三）天体的追及相遇问题 1.某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，由于它们的轨道是不重合的，因此，在最近和最远的相遇问题上只能通过卫星运动的圆心角来衡量。 2.公式： 最近 最远 【典例一】如图所示，航天飞机在完成太空任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的近地点，关于航天飞机的运动，下列说法中错误的是(　　) A. 在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度 B. 在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度 C. 在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D. 在轨道Ⅱ上经过A的向心加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的向心加速度 【典例二】我们银河系的恒星中大约有四分之一是双星，某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间万有引力的作用下绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动，如图所示，由天文观察测得其运动周期为T，S1到O点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G.由此可求出S1的质量为( ) A. B． C. D． 【典例三】一颗在赤道上空飞行的人造地球卫星，其轨道半径为r＝3R(R为地球半径)，已知地球表面重力加速度为g，则该卫星的运行周期是多大？若卫星的运动方向与地球自转方向相同，已知地球自转角速度为ω0，某一时刻该卫星通过赤道上某建筑物的正上方，再经过多少时间它又一次出现在该建筑物正上方？ 【巩固训练】 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 2. (多选)如图所示，在“嫦娥”探月工程中，设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0.飞船在半径为4R的圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做圆周运动，则( ) A．飞船在轨道Ⅲ的运行速率大于 B．飞船在轨道Ⅰ上运行速率小于在轨道Ⅱ上B处的速率 C．飞船在轨道Ⅰ上的重力加速度小于在轨道Ⅱ上B处重力加速度 D．飞船在轨道Ⅰ、轨道Ⅲ上运行的周期之比为TⅠ∶TⅢ＝4∶1 3.两个恒星组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动，现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量． 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$