5.3 专题提升：卫星的变轨及双星、多星问题 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“卫星变轨及双星、多星问题”专题，依据高考评价体系明确变轨原理、物理量比较、双星模型等核心考点，通过“神舟十九号”对接等真题情境分析考点权重，归纳变轨判断、周期计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+科学思维+技巧提炼”，以“神舟十八号”对接为实例，运用模型建构（椭圆轨道、双星系统模型）和科学推理（开普勒定律、万有引力公式），解析变轨速度比较、双星轨道半径关系等问题，培养运动和相互作用观念。提供“速度加速度判断方法”“双星解题步骤”，助力学生掌握得分技巧，教师可据此高效组织复习。

第25课时　专题提升:卫星的变轨及双星、多星问题 学习目标:1.会处理人造卫星的变轨和对接问题。 2.掌握双星、多星系统的特点,会解决相关问题。 考点一　卫星变轨问题 1.变轨原理 (1)为了节省能量,在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上,如图所示。 (2)在A点(近地点)点火加速,由于速度变大,万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力,卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。 2.变轨过程各物理量比较   速度关系 在A点加速:vⅡA>vⅠ,在B点加速:vⅢ>vⅡB,即vⅡA>vⅠ>vⅢ>vⅡB (向心)加速 度关系 aⅢ=aⅡB aⅡA=aⅠ 周期关系 TⅠ<TⅡ<TⅢ 机械能 EⅠ<EⅡ<EⅢ 典例1　2024年10月30日,“神舟十九号”载人飞船发射升空,入轨后与“天和”核心舱成功对接,对接过程如图所示。若“天和”核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ上,“神舟十九号”飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ上,运行周期为T,经过A点时,通过变轨操作后,沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点与“天和”核心舱对接,则“神舟十九号”飞船(　　) A.沿轨道Ⅰ经过A点的速度等于沿轨道Ⅱ运动经过A点的速度 B.沿轨道Ⅱ从A点运动到B点的过程中,机械能减小 C.沿轨道Ⅱ运行的周期为T2=T D.沿轨道Ⅰ运动经过A点的加速度小于 沿轨道Ⅱ运动经过A点的加速度 C 对点演练1　如图所示为卫星发射过程的示意图,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再一次点火,将卫星送入圆轨道3。轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点, 则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时, 以下说法中正确的是(　　) A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道1上经过Q点时的速率大于它在轨道2 上经过Q点时的速率 C.卫星在轨道1上经过Q点时的速率大于它在轨道2上经过P点时的速率 D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度 C 典例2　2025年4月26日,“神舟十八号”载人飞船升空6.5 h后采用自主快速交会对接模式,与离地高度约390 km的中国空间站“天和”核心舱完成对接,形成“三舱三船”组合体,下列说法正确的是(　　) A.为实现对接,两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B.为实现对接,应先让飞船和“天和”核心舱处于同一轨道上,然后点火加速 C.若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动,对接后飞船速度和运行周期都变大 D.若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动,对接后飞船机械能和运行周期都变大 D 考点二　多星问题 1.双星模型 (1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统,如图所示。 (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关系为r1+r2=L。 ④两星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比,即。 ⑤双星的运动周期T=2π。 ⑥双星的总质量m1+m2=。 图例   向心力来源 各星所受万有引力的合力提供圆周运动的向心力 运动关联 转动方向、周期、角速度、线速度大小均相同,圆周运动半径相等 基本规律 图甲:=man 图乙:×cos 30°×2=man 半径关系 图甲:r=,图乙:r= 2.三星模型 典例3　天文学家发现了一对被称为“灾难变星”的罕见双星系统,约每51分钟彼此绕行一圈,通过天文观测的数据,模拟该双星系统的运动,推测在接下来的7 000万年里,这对双星彼此绕行的周期逐渐减小至18分钟。如果将该双星系统简化为理想的圆周运动模型,如图所示,两星球在万有引力作用下,绕O点做匀速圆周运动。不考虑其他天体的影响,两颗星球的质量不变,在彼此绕行的周期逐渐减小的过程中, 下列说法中正确的是(　　) A.每颗星球的角速度都在逐渐变小 B.两颗星球的距离在逐渐地变大 C.两颗星球的轨道半径之比保持不变 D.每颗星球的加速度都在变小 C 解析 根据题意,由公式ω=知,由于彼此绕行的周期逐渐减小,则每颗星球的角速度都在逐渐变大,设双星转动的角速度为ω,双星间距离为L,星球的质量分别为m1、m2,由万有引力提供向心力有=m1ω2r1=m2ω2r2, r1+r2=L,解得ω=,可知,距离L逐渐变小,选项A、B错误;根据题意,由万有引力提供向心力有=m1ω2r1=m2ω2r2,解得,由于星球质量不变,则两颗星球的轨道半径之比保持不变,选项C正确;由万有引力提供向心力有=m1a1=m2a2,可知,由于距离L逐渐变小,每颗星球的加速度都在变大,选项D错误。 对点演练2　如图所示,两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动,现测得两颗星球之间的距离为L,设质量分别用m1、m2表示,且m1∶m2=5∶2,则可知(　　) A.质量为m1、m2的星球做圆周运动的线速度之比为2∶5 B.质量为m1、m2的星球做圆周运动的角速度之比为5∶2 C.双星间距离一定,双星的总质量越大,其转动周期越大 D.双星的质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越小 A 解析 双星靠相互间的万有引力提供向心力,具有相同的角速度,设为ω,则有=m1ω2r1=m2ω2r2,解得,根据v=ωr,知,故A正确;双星具有相同的角速度,则m1、m2做圆周运动的角速度之比为1∶1,故B错误;根据万有引力提供向心力,有G=m1r1=m2r2,得Gm2T2=4π2r1L2,Gm1T2=4π2r2L2,又r1+r2=L,联立得G(m1+m2)T2=4π2L3,得T=,双星间距离一定,双星的总质量越大,其转动周期越小,双星的质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大,故C、D错误。 $