第27讲 卫星变轨 双星 黑洞2026年高考物理一轮复习精讲课件

高中物理一轮复习系列课件 制作：陈庆威 第27讲（5.3 ）: 卫星变轨 双星 黑洞 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 考点 CONTENT 卫星变轨和对接 双星和多星问题 星球瓦解、黑洞 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 卫星 变轨和对接 考点一 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 变轨原理 01. 1.为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向先发射卫星到圆轨道Ⅰ上，卫星在轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，有G＝m。 2.在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，所需向心力变大，G<m，卫星做　　　　　进入椭圆轨道Ⅱ。 3.在椭圆轨道B点(　　　点)，G>m，将做近心 运动，再次点火加速，使G＝m，进入圆轨道Ⅲ。 离心运动 远地 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 变轨过程几个物理量的比较 02. 1.速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为vA、vB.在A点加速，则vA>v1，在B点加速，则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB. 2.加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，卫星在轨道Ⅱ或轨道Ⅲ上经过B点的加速度也相同. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 3.周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律 ＝k可知T1<T2<T3. 4.机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒.若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ和从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ都需要点火加速，则E1<E2<E3. 变轨过程几个物理量的比较 03. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 人造卫星轨道模型与解题思路 04. 卫星的对接问题：在低轨道运行的卫星，加速后可以与高轨道的卫星对接。同一轨道的卫星，不论加速或减速都不能对接。 5.引力势能：物体在万有引力场中具有的势能叫作引力势能，若取两物体相距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m的质点距质量为M的引力源中心为r时，其引力势能为Ep＝－(G为引力常量)。设卫星在A点、B点的引力势能分别为EpA、EpB，则EpA 　　EpB。 < 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 05. 例题1 【参考答案】A （2025·北京·高考真题）2024年6月，嫦娥六号探测器首次实现月球背面采样返回。如图所示，探测器在圆形轨道1上绕月球飞行，在A点变轨后进入椭圆轨道、为远月点。关于嫦娥六号探测器，下列说法正确的是（　　） A．在轨道2上从A向B运动过程中动能逐渐减小 B．在轨道2上从A向B运动过程中加速度逐渐变大 C．在轨道2上机械能与在轨道1上相等 D．利用引力常量和轨道1的周期，可求出月球的质量 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 06. 解析 A．在轨道2上从A向B运动过程中，探测器远离月球，月球对探测器的引力做负功，根据动能定理，动能逐渐减小，A正确； B．探测器受到万有引力，由，解得 在轨道2上从A向B运动过程中，r增大，加速度逐渐变小，B错误； 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 07. 解析 C．探测器在A点从轨道1变轨到轨道2，需要加速，机械能增加，所以探测器在轨道2上机械能大于在轨道1上的机械能，C错误； D．探测器在轨道1上做圆周运动，根据万有引力提供向心力，得解得 利用引力常量G和轨道1的周期T，还需要知道轨道1的半径r，才能求出月球的质量，D错误。故选A。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 08. 例题2 【参考答案】B （2025·河北·高考）随着我国航天事业飞速发展，人们畅想研制一种核聚变能源星际飞行器。从某星球表面发射的星际飞行器在飞行过程中只考虑该星球引力，不考虑自转，该星球可视为质量分布均匀的球体，半径为，表面重力加速度为。质量为m的飞行器与星球中心距离为r时，引力势能为。要使飞行器在距星球表面高度为的轨道上做匀速圆周运动，则发射初速度为 A． B． C． D． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 09. 解析 飞行器在轨道半径处的总机械能包括动能和势能。引力势能为根据万有引力提供向心力，在地球表面有，解得轨道速度满足，对应动能，总机械能根据机械能守恒，初始动能，解得。故选B。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 双星和多星 考点二 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 双星模型 01. 1.绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，称之为双星系统，如图。 2.特点: （1）各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供， 即＝m1r1，＝m2r2。 （2）两星的周期、角速度相同，即T1＝T2，ω1＝ω2。 （3）两星的轨道半径与它们之间的距离的关系为r1＋r2＝L。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 双星模型 02. 3.若两星运行的线速度大小分别为v1、v2，加速度大小分别为a1、a2，质量分别为m1、m2，则v、a与轨道半径r、两星质量的关系： 由v＝ωr，m1ω2r1＝m2ω2r2，得， 由a＝ω2r及m1ω2r1＝m2ω2r2得。 4.两星之间的距离L、周期T与总质量(m1＋m2)的关系: 由＝m1r1＝m2r2及r1＋r2＝L， 得或m1＋m2＝。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 三星模型 03. 常 见 的 三 星 模 型   ①＝ma向   ②×cos 30°×2＝ma向 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 四星模型 04. 常 见 的 四 星 模 型   ①×cos 45°×2＋＝ma向   ②×cos 30°×2＋＝ma向 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 05. 例题3 【参考答案】A （2024·重庆·高考真题）在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，假设a、b两个天体的质量均为M，相距为2r，其连线的中点为O，另一天体（图中未画出）质量为m（m << M），若c处于a、b连线的垂直平分线上某特殊位置，a、b、c可视为绕O点做角速度相同的匀速圆周，且相对位置不变，忽略其他天体的影响。引力常量为G。则（   ） A．c的线速度大小为a的倍 B．c的向心加速度大小为b的一半 C．c在一个周期内的路程为2πr D．c的角速度大小为 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 06. 解析 D．a、b、c三个天体角速度相同，由于m << M，则对a天体有解得，故D错误；A．设c与a、b的连线与a、b连线中垂线的夹角为α，对c天体有解得α = 30°，则c的轨道半径为由v = ωr，可知c的线速度大小为a的倍，故A正确；B．由a = ω2r，可知c的向心加速度大小是b的倍，故B错误；C．c在一个周期内运动的路程为，故C错误。故选A。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 07. 例题4 （多选）（2023·福建·高考真题）人类为探索宇宙起源发射的韦伯太空望远镜运行在日地延长线上的拉格朗日L2点附近，L2点的位置如图所示。在L2点的航天器受太阳和地球引力共同作用，始终与太阳、地球保持相对静止。考虑到太阳系内其他天体的影响很小，太阳和地球可视为以相同角速度围绕日心和地心连线中的一点O（图中未标出）转动的双星系统。若太阳和地球的质量分别为M和m，航天器的质量远小于太阳、地球的质量，日心与地心的距离为R，万有引力常数为G，L2点到地心的距离记为r（r << R），在L2点的航天器绕O点转动的角速度大小记为ω。下列关系式正确的是（   ） 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 08. 例题4 【参考答案】BD 若太阳和地球的质量分别为M和m，航天器的质量远小于太阳、地球的质量，日心与地心的距离为R，万有引力常数为G，L2点到地心的距离记为r（r << R），在L2点的航天器绕O点转动的角速度大小记为ω。下列关系式正确的是（   ） [可能用到的近似] A． B． C． D． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 09. 解析 AB．设太阳和地球绕O点做圆周运动的半径分别为、，则有 r1＋r2 = R,联立解得，故A错误、故B正确；CD．由题知，在L2点的航天器受太阳和地球引力共同作用，始终与太阳、地球保持相对静止，则有 再根据选项AB分析可知Mr1 = mr2，r1＋r2 = R，联立解得，故C错误、故D正确。故选BD。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 星球瓦解 和黑洞 考点三 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 星球瓦解问题 01. 当星球自转越来越快时，星球对“赤道”上的物体的引力不足以提供向心力时，物体将会“飘起来”，进一步导致星球瓦解，瓦解的临界条件 是“赤道”上的物体所受星球的引力恰好提供向心力，即＝mω2R，得ω＝。当ω>时，星球瓦解，当ω<时，星球稳定运行。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 黑洞 02. 黑洞是一种密度极大、引力极大的天体，以至于光都无法逃逸，科学家一般通过观测绕黑洞运行的天体的运动规律间接研究黑洞.当天体的逃逸速度(逃逸速度为其第一宇宙速度的 倍)超过光速时，该天体就是黑洞. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 03. 例题5 【参考答案】D 2025年2月28日，国际顶级学术期刊《自然天文学》发表了安徽师范大学物理与电子信息学院舒新文教授研究团队的一项重大科研成果。该团队发现了中等质量黑洞吞噬恒星发出的X射线准周期振荡信号，这是天体物理学家在世界上首次发现该类现象，提供了宇宙中存在中等质量黑洞的关键证据。黑洞是一个非常致密的天体，会形成强大的引力场，连光也无法逃脱。某黑洞中心天体的质量是太阳的50亿倍，太阳质量为，光在真空中的传播速度，引力常量，第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，请估算该黑洞最大半径的数量级为（　　） A． B． C． D． 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 04. 解析 设“黑洞”的可能半径为R，质量为M，根据逃逸速度（第二宇宙速度）的定义，结合第一宇宙速度可知，须满足 即有 所以“黑洞”的可能最大半径 ，故选D。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题精选 05. 例题6 【参考答案】AC （多选）2019年人类天文史上首张黑洞图片正式公布。在宇宙中当一颗恒星靠近黑洞时，黑洞和恒星可以相互绕行，从而组成双星系统。在相互绕行的过程中，质量较大的恒星上的物质会逐渐被吸入到质量较小的黑洞中，从而被吞噬掉，黑洞吞噬恒星的过程也被称之为“潮汐瓦解事件”。天鹅座就是一个由黑洞和恒星组成的双星系统，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，如图所示。在刚开始吞噬的较短时间内，恒星和黑洞的距离不变，则在这段时间内，下列说法正确的是 A．两者之间的万有引力变大. B．黑洞的角速度变大. C．恒星的线速度变大. D．黑洞的线速度变大. 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 06. 解析 A．假设恒星和黑洞的质量分别为M、m，环绕半径分别为R、r，且，两者之间的距离为L，则根据万有引力定律 恒星和黑洞的距离不变，随着黑洞吞噬恒星，M、m的乘积变大，它们的万有引力变大，故A正确； 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 例题解析 07. 解析 B．双星系统属于同轴转动的模型，角速度相等，根据万有引力提供向心力其中解得恒星的角速度双星的质量之和不变，则角速度不变，故B错误； CD．根据，得因为M减小，m增大，所以R增大，r减小由 可得变大，变小，故C正确，D错误。故选AC。 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 THANKS 高中物理一轮复习系列课件 微信公众号：高中物理研究 $$