第5章 3.微专题9 卫星的变轨问题 双星和多星问题（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习学案

该高中物理高考复习课件聚焦“卫星变轨”“双星和多星问题”核心考点，依据高考评价体系梳理运动与相互作用、能量观念等考查要求，通过分析近三年真题明确变轨中速度/加速度比较、双星周期计算等高频考点权重，归纳变轨过程分析、多星模型应用等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+模型建构+科学推理”策略，如以2024湖北真题为例，用牛顿第二定律突破变轨前后加速度比较，以双星问题构建“万有引力提供向心力”模型培养科学思维。设“一题多解”“易错警示”模块，助学生掌握周期计算、能量判断技巧，教师可据此精准教学，提升高考冲刺效率。

微专题9 卫星的变轨问题　 双星和多星问题 返回目录 题型1　卫星的变轨问题 变轨 原理 (1)在圆轨道Ⅰ上A点点火加速,卫星离心进入椭圆轨道Ⅱ (2)在椭圆轨道Ⅱ上B点点火加速,卫星进入圆轨道Ⅲ   返回目录 速度 A点:轨道Ⅰ上G =m  轨道Ⅱ上G <m ,可得vAⅠ<vAⅡ B点:轨道Ⅱ上G >m  轨道Ⅲ上G =m ,可得vBⅡ<vBⅢ 圆轨道:G =m ,可得vBⅢ<vAⅠ 联立得vBⅡ<vBⅢ<vAⅠ<vAⅡ 加速度 根据牛顿第二定律有a= =  可得aⅠA=aⅡA>aⅡB=aⅢB 返回目录 周期 根据开普勒第三定律有 =k(椭圆r指半长轴),可得TⅠ< TⅡ<TⅢ 机械能 同一圆或椭圆轨道上,机械能不变;A点和B点有其他能 转化为机械能,EⅠ<EⅡ<EⅢ 返回目录 典例1    (2024湖北,4,4分)太空碎片会给航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时 针方向做匀速圆周运动,如图中实线所示。为了避开碎片,空间站在P点向图中箭头所 指径向方向极短时间喷射气体,使空间站获得一定的反冲速度,从而实现变轨。变轨后 的轨道如图中虚线所示,其半长轴大于原轨道半径。则(         ) A.空间站变轨前、后在P点的加速度相同 B.空间站变轨后的运动周期比变轨前的小 C.空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小 D.空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大 A 返回目录 解析　　空间站在P点变轨前、后所受到的万有引力不变,根据牛顿第二定律可知空 间站变轨前、后在P点的加速度相同,A正确;变轨后轨道的半长轴大于原轨道半径,根 据开普勒第三定律可知空间站变轨后的运动周期比变轨前的大,B错误。由题图可知, 空间站在P点沿箭头方向喷射气体,瞬间获得反方向的速度,喷射气体前在P点的速度垂 直箭头方向向左不变,因此根据运动的合成可知,空间站变轨后在P点的速度比变轨前 的大,变轨后空间站在近地点的速度最大,则空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的 小,C、D错误。 返回目录 一题多解 添加辅助圆轨道,专项突破D选项。以变轨后轨道近地点到地球球心的距离为半径,做 与变轨后椭圆轨道在近地点相切的圆轨道Ⅰ,由于在圆轨道Ⅰ的速度大于空间站变轨 前的速度;变轨后在近地点的速度大于在圆轨道Ⅰ的速度;可得空间站变轨前的速度比 变轨后在近地点的小,D错误。 返回目录 高考变式　(变轨情境中能量与周期的计算)2023年10月26日,我国自主研发的神舟 十七号载人飞船圆满完成发射任务,与天和核心舱成功对接。神舟十七号载人飞船的 发射与交会对接过程的示意图如图所示,图中①为近地圆轨道,其轨道半径为R1,②为椭 圆变轨轨道,③为天和核心舱所在圆轨道,其轨道半径为R2,P、Q分别为②轨道与①、 ③轨道的交会点。已知神舟十七号载人飞船的引力势能大小的表达式为Ep=- ,式 中R为地心到飞船的距离,M为地球的质量,m为神舟十七号载人飞船的质量,G为引力常 量,地球表面的重力加速度大小为g。下列判断正确的是 (         ) A.飞船在③轨道上运行的速度大于第一宇宙速度 B.飞船从②轨道变轨到③轨道需要在Q点减速 C.神舟十七号从①轨道转移到③轨道,飞船动能增大,势能增大 D.神舟十七号在②轨道上从P点运动到Q点的时间为t=    D 返回目录 解析　　第一宇宙速度是最大的环绕速度,所以飞船在③轨道上运行的速度小于第一 宇宙速度,A错误。飞船从②轨道变轨到③轨道需要在Q点加速做离心运动,B错误。神 舟十七号从①轨道转移到③轨道,根据 =m ,可得Ek= mv2= ,即飞船动能减 小,由Ep=- ,式中R为地心到飞船的距离,可知飞船势能增大,C错误。神舟十七号在 ①轨道上有 =m R1,又 =mg,联立解得T1=2π ,根据开普勒第三定律有 =  ,则神舟十七号在②轨道上从P点运动到Q点的时间为t= ,解得t=    ,D正确。 返回目录 题型2　双星和多星问题 1.双星问题 图例   受力特点  =m1ω2r1, =m2ω2r2 运动特点 转动方向、周期、角速度相同,运动半径一般不等,r1+r2=L,T=  解题规律 (1)星体质量关系, =  (2)双星的运动周期T=2π  (3)双星的总质量m1+m2=  返回目录 2.多星问题 图示 受力特点 轨道半径    + =man r=     × cos 30°×2= man r=  返回目录    ×2 cos 45°+  =man r= L    ×2 cos 30°+  =man r=  返回目录 典例2　“双星系统”与“三星系统”都是宇宙中常见的天体系统。两种系统中,天体 均可在万有引力的作用下绕共同的圆心做匀速圆周运动。如图分别为两种天体系统 的示意图,图中五个球形天体的质量均为M,天体中心连线的长度均为L,引力常量为G。 “双星系统”与“三星系统”运动的周期之比为 (         )   A. ∶ 　　　    B. ∶  C.2∶3　　　     D.3∶2 B 解析　　对“双星系统”有G =M · ,对“三星系统”有2G  cos 30°=M r, 2r cos 30°=L,联立可得T∶T'= ∶ ,B正确。 返回目录 典例3    (2025届湖南长郡中学月考)科学家们通过观测,发现在宇宙中存在一些离其他 恒星较远的双星系统,双星系统由两颗距离较近的恒星组成。如图所示,某双星系统中 a、b两星绕连线上一点O各自做圆周运动,已知a、b两星间距为L,运行周期为T,a星的 线速度大小为v,引力常量为G,则b星的质量为 (         ) A.  C B.  C.  D.  返回目录 解析　　在双星系统中,两星的相对位置不变,运动周期相同,两颗星之间的万有引力提 供各自做圆周运动的向心力,有 =ma ra,又有ra= ,联立解得b星的质量mb=  ,C正确。 返回目录 $