专题提升课4 天体运动的热点问题-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第二册教用课件(教科版)

该高中物理课件聚焦天体运动热点问题，系统涵盖卫星变轨、相距“最近”“最远”、双星及多星模型等核心知识点，从万有引力提供向心力的基础规律出发，通过渐变与突变变轨分析、对接问题探讨、相距计算推导、双星多星模型建构，搭建递进式知识支架，衔接基础概念与实际应用。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，结合神舟十八号对接、天舟七号货运飞船等真实航天案例，深入剖析变轨中受力与运动关系、双星模型中质量与轨道半径关系。采用专题深度剖析与随堂巩固结合的方式，帮助学生形成运动和相互作用观念，提升解决复杂问题的能力，也为教师提供系统的教学资源和典型例题，助力高效教学。

专题提升课4　 天体运动的热点问题 1 专题　深度剖析 1 内容 索引 随堂　巩固落实 2 专题　深度剖析 PART 01 第一部分 3 微专题一　卫星变轨问题 1．变轨问题概述 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 2．两种常见形式 (1)渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化，由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看成是匀速圆周运动。 ①关键要点：轨道半径r减小(近心运动)。 这种变轨运动的起因是阻力使卫星速度减小，所需要的向心力减小了，而万有引力大小没有变，因此卫星将做近心运动，即轨道半径r将减小。 ②各个物理参量的变化：当轨道半径r减小时，卫星线速度v、角速度ω、向心加速度a增大，周期T减小。 返回导航 专题　深度剖析 (2)突变 由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动飞 行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其到达预 定的轨道。 发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，在P点第一次点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。 返回导航 专题　深度剖析 3．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)同一轨道上的飞船和空间站对接 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。 返回导航 专题　深度剖析 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　由低轨道Ⅱ进入高轨道Ⅲ需在B点点火加速，则在轨道Ⅲ上B点的线速度大于在轨道Ⅱ上B点的线速度，故A错误，D正确； 返回导航 专题　深度剖析 角度2　飞船与空间站对接问题 　　　北京时间2024年1月17日22时27分，搭载天舟七号 货运飞船的长征七号遥八运载火箭，在我国文昌航天发射 场点火发射，约10 min后，飞船与火箭成功分离，进入预 定轨道。之后飞船的太阳能帆板顺利展开工作，发射取得圆满成功。后续，天舟七号货运飞船与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。若对接前两者在同一轨道上运动，下列说法正确的是(　　) A．对接前天舟七号的运行速率大于空间站组合体的运行速率 B．对接前天舟七号的向心加速度小于空间站组合体的向心加速度 C．天舟七号通过加速可实现与空间站组合体在原轨道上对接 D．天舟七号先减速后加速可实现与空间站组合体在原轨道上对接 √ 返回导航 专题　深度剖析 飞船与空间站组合体在同一轨道上，此时飞船受到的万有引力等于向心力，若让飞船加速，则所需要的向心力变大，万有引力不变，所以飞船做离心运动，不能实现对接，C错误； 天舟七号先减速做近心运动，进入较低的轨道，后加速做离心运动，轨道半径变大，可以实现对接，D正确。 返回导航 专题　深度剖析 微专题二　卫星相距“最近”“最远”问题 两颗卫星在同一轨道平面内同向绕地球做匀速圆周运动，a卫星的角速度为ωa，b卫星的角速度为ωb。 若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点正上方，相距最近，如图甲所示。 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 　　　(2024·江苏淮安月考)三颗人造卫星A、B、C都在赤道正 上方同方向绕地球做匀速圆周运动，此时A、B相距最近，如图 所示。已知卫星B的运动周期为T，则(　　) A．C加速可追上同一轨道上的A B．A、C的向心加速度大于B的向心加速度 C．从图示时刻到A、B再次相距最近所需时间小于T D．相同时间内，B与地心连线扫过的面积小于A与地心连线扫过的面积 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　卫星C加速后做离心运动，轨道变高，不可能追上同一轨道上的卫星A，故A错误； 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 √ √ 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 微专题三　双星模型和多星模型 1．双星模型 (1)两个离得比较近的天体，在彼此间的引力作用下绕两者连线上的某一点做圆周运动(如图所示)。 返回导航 专题　深度剖析 返回导航 专题　深度剖析 2．多星模型 (1)多颗星体在同一轨道平面上绕同一点做匀速圆周运动，每颗星体做匀速圆周运动所需的向心力由其他星体对该星体的万有引力的合力提供。 (2)每颗星体转动的方向都相同，运行周期、角速度都相等。 返回导航 专题　深度剖析 　　　(2024·湖北十堰期末)双星由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成。在浩瀚的银河系中，多数恒星都是双星系统。如图所示，若某双星系统的A、B两颗恒星绕其连线上的O点做匀速圆周运动，且AO>OB，则下列说法正确的是(　　) A．A的角速度小于B的角速度 B．A的质量小于B的质量 C．A的线速度小于B的线速度 D．A的向心加速度小于B的向心加速度 √ 返回导航 专题　深度剖析 [解析]　双星系统的特点是角速度相同，周期相同，故A错误； 返回导航 专题　深度剖析 根据v＝ωr，AO>OB，可知A的线速度大于B的线速度，故C错误； 返回导航 专题　深度剖析 　　　(多选)图甲是一对相互环绕旋转的、质量不等的双黑洞系统，其示意图如图乙所示。双黑洞A、B在相互之间的万有引力的作用下，绕其连线上的O点做匀速圆周运动。若双黑洞的质量之比mA∶mB＝n∶1，则(　　) A．黑洞A、B做圆周运动的角速度之 比为 1∶1　 B．黑洞A、B做圆周运动的向心力大 小之比为n2∶1 C．黑洞A、B做圆周运动的半径之比为1∶n D．黑洞A、B做圆周运动的线速度之比为 1∶n2　 √ √ 返回导航 专题　深度剖析 由线速度与角速度的关系可知，当角速度相同时，二者做圆周运动的线速度与半径成正比，故二者线速度之比为 1∶n，故D错误。 返回导航 专题　深度剖析 √ 返回导航 专题　深度剖析 中央星以及另外一个环绕星对环绕星的万有引力之和提供环绕星做圆周运动的全部向心力，C错误； 返回导航 专题　深度剖析 随堂　巩固落实 PART 02 第二部分 31 1.(卫星变轨问题)(2024·江苏扬州期中)如图所示的是飞船 绕月飞行的轨迹简化示意图，则下列说法正确的是(　　) A．飞船在轨道1上的速度大于月球的第一宇宙速度 B．飞船从轨道2进入轨道1时需在P点减速 C．若要能成功发射，飞船的发射速度应大于11.2 km/s D．飞船在轨道2上经过P点的加速度小于在轨道1上经过P点的加速度 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：月球的第一宇宙速度为飞船绕月做匀速圆周运动的最大速度，故飞船在轨道1上的速度小于月球的第一宇宙速度，A错误； 飞船从轨道2进入轨道1时需在P点减速，B正确； 若要能成功发射，飞船的发射速度应大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，C错误； 返回导航 随堂　巩固落实 √ 2．(卫星变轨问题)(2024·山东菏泽期末)2024年4月26日，神舟十八号与中国空间站顺利对接，对接过程可简化如下：如图所示，神舟十八号发射后在停泊轨道Ⅰ上进行数据确认，后择机经转移轨道Ⅱ完成与轨道Ⅲ上的中国空间站的交会对接。已知停泊轨道Ⅰ半径近似为地球半径R，中国空间站轨道Ⅲ距地面的高度为h，P、Q分别为轨道Ⅱ的近地点和远地点，则神舟十八号(　　) A．在轨道Ⅰ上的速度大于第一宇宙速度 B．在轨道Ⅰ上的运行周期大于地球同步卫星周期 C．在轨道Ⅱ上P、Q两点的加速度大小之比为(R＋h)∶R D．在轨道Ⅱ上P、Q两点的速率之比为(R＋h)∶R 返回导航 随堂　巩固落实 解析：第一宇宙速度是最大环绕速度，故在轨道Ⅰ上的速度小于第一宇宙速度，故A错误； 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 4.(双星模型问题)(多选)宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只 受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称之为双星系统。 设某双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示。 若AO<OB，则(　　) A．星球A的质量大于B的质量 B．星球A的向心力大于B的向心力 C．星球A的线速度小于B的线速度 D．双星的总质量一定时，双星之间的距离越大，其转动周期越大 √ √ √ 返回导航 随堂　巩固落实 向心力为两星球间的万有引力，故A的向心力大小一定等于B的向心力大小，故B错误； 根据线速度与角速度的关系v＝rω可知，A的线速度一定小于B的线速度，故C正确； 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 $