卫星的变轨问题和双星模型 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“卫星变轨问题和双星模型”核心考点，依据高考评价体系明确运动参量分析、系统特征理解等考查要求，通过梳理速度、周期、加速度、机械能关系及双星运动规律，归纳变轨参量比较、双星特征分析等常考题型，体现高考备考的针对性和系统性。 课件亮点在于高考真题深度融入与科学思维培养，如以2022年浙江选考“天问一号”变轨问题为例，运用开普勒第三定律分析轨道周期关系，结合双星模型推导半径与角速度公式，强化模型建构与科学推理素养。特设解题步骤模板与易错点警示，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准突破考点，提升复习效率。

卫星的变轨问题和双星模型 （一轮复习） 授课教师：朱海英 （1）会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星速度、加速度、周期、机械能的变化。 卫星的变轨问题和双星模型 学习目标 （2）理解双星系统的概念，能准确描述双星系统的基本特征，包括两颗恒星的运动特点、相互作用力关系。 任务一 卫星变轨中的运动参量关系 任务一 卫星变轨中的运动参量关系——速度关系 v1 v2B v2A v3 A B 1 2 3 r1 r2 T2 T1 T3 情境1：如图所示，发射地球高轨道卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在B点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在A点点火加速，进入圆轨道3做匀速圆周运动. 问题1： 比较1、2轨道经过B点的速度v1、v2B 和2、3轨道经过A点的速度 v2A、v3 的大小关系 轨道1变为轨道2，需要在B点加速，轨道2变为轨道3，需要在A点加速， 第一步：判断出v1 < v2B , v2A < v3 第二步：轨道1和3同属于卫星环绕做匀速圆周运动问题， 根据 所以v2A <v3 < v1< v2B 任务一 卫星变轨中的运动参量关系——周期关系 v1 v2B v2A v3 A B 1 2 3 r1 r2 T2 T1 T3 情境1：如图所示，发射地球高轨道卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在B点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在A点点火加速，进入圆轨道3做匀速圆周运动，B点离地心距离为r1，A点离地心距离为r2 问题2： 1.定性比较卫星在轨道1、2、3运动的周期关系 2.卫星在轨道1和轨道2上运动的的周期之比 1.根据开普勒第三定律 得，半长轴越大，周期越长， 已知 所以 2. 根据开普勒第三定律得， 同理也可以得出T3和T1、T2的比值 任务一 卫星变轨中的运动参量关系——加速度关系 v1 v2B v2A v3 A B 1 2 3 r1 r2 T2 T1 T3 情境1：如图所示，发射地球高轨道卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在B点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在A点点火加速，进入圆轨道3做匀速圆周运动，B点离地心距离为r1，A点离地心距离为r2 问题3： 比较1、2轨道经过B点的加速度a1、a2B 和2、3轨道经过A点的加速度 a2A、a3 的大小关系 甲：B点v1 < v2B < 你认同谁的观点？ 乙：B点，万有引力提供加速度， 所以同一个点加速度相同 轨道2是椭圆运动，在B点的曲率半径不是r1 √ 任务一 卫星变轨中的运动参量关系——机械能关系 情境1：如图所示，发射地球高轨道卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，在B点点火加速做离心运动进入椭圆轨道2，在A点点火加速，进入圆轨道3做匀速圆周运动，B点离地心距离为r1，A点离地心距离为r2 问题4： 比较卫星在1、2、3轨道的机械能E1、E2、E3大小关系 E1 < E2 < E3 例1　(2022·浙江1月选考·8) “天问一号”从地球发射后，在如图甲 所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号 A.发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间 B.从P点转移到Q点的时间小于6个月 C.在环绕火星的停泊轨道运行的周期比 在调相轨道上小 D.在地火转移轨道运动时的速度 均大于地球绕太阳的速度度 √ 考查不同轨道周期关系 考查不同轨道速度关系 地球轨道周期=1年 < 地火转移轨道周期 < 火星轨道周期 调相轨道高于停泊轨道，调相轨道上周期长 例1　(2022·浙江1月选考·8) “天问一号”从地球发射后，在如图甲 所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号 A.发射速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间 B.从P点转移到Q点的时间小于6个月 C.在环绕火星的停泊轨道运行的周期比 在调相轨道上小 D.在地火转移轨道运动时的速度 均大于地球绕太阳的速度度 √ 考查不同轨道周期关系 P点转移轨道速度大 转移轨道的Q点是三个轨道中速度最小的，小于地球轨道速度 考查不同轨道速度关系 乙： 任务二 双星问题 情境2：质量分别为m1、m2的两个星体，绕公共圆心O转动，我们称之为双星系统。已知它们直接的距离为L，离O点的距离分别为r1、r2,角速度分别为ω1、ω2，m1>m2 问题1： 比较两个星体的角速度、半径、线速度、向心加速度的关系 1.两星体围绕同一点O运动，周期相同、角速度相同 甲： √ O 任务二 双星问题 情境2：质量分别为m1、m2的两个星体，绕公共圆心O转动，我们称之为双星系统。已知它们直接的距离为L，离O点的距离分别为r1、r2,角速度分别为ω1、ω2，m1>m2 问题1： 比较两个星体的角速度、半径、线速度、向心加速度的关系 1.两星体围绕同一点O运动，周期相同、角速度相同 任务二 双星问题 情境2：质量分别为m1、m2的两个星体，绕公共圆心O转动，我们称之为双星系统。 问题2： 已知它们之间的距离为L，求两星球圆周运动的半径r1、r2及角速度ω 1. 明确对象 2. 受力分析： 寻找向心力来源 3. 列式F万=F向 A. 黑洞A与B绕行的向心加速度大小相等 B. 黑洞A的质量m1大于黑洞B的质量m2 C. 若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的绕行周期变小 D. 若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的向心加速度变小 例2. 黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大而体积较小的天体，黑洞的引力很大，连光都无法逃逸.在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统.如图所示，黑洞A、B可视为质点，不考虑其他天体的影响，两者围绕连线上O点做匀速圆周运动，O点离黑洞B更近，黑洞A质量为m1，黑洞B质量为m2，AB间距离为L.下列说法正确的是 双星问题核心： 1.运动参量角速度、周期相等 2.动力学：万有引力提供向心力 A. 黑洞A与B绕行的向心加速度大小相等 B. 黑洞A的质量m1大于黑洞B的质量m2 C. 若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的绕行周期变小 D. 若两黑洞质量保持不变，在两黑洞间距L减小后，两黑洞的向心加速度变小 例2. 黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大而体积较小的天体，黑洞的引力很大，连光都无法逃逸.在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统.如图所示，黑洞A、B可视为质点，不考虑其他天体的影响，两者围绕连线上O点做匀速圆周运动，O点离黑洞B更近，黑洞A质量为m1，黑洞B质量为m2，AB间距离为L.下列说法正确的是 √ T减小 2.动力学：万有引力提供向心力 ①确定研究对象：明确对哪颗恒星进行分析。 ②受力分析：找出恒星所受的向心力来源是双星间的万有引力 。 ③列方程：根据F万=F向，结合向心力公式列出方程。 ④利用特点求解：运用双星系统角速度相同、周期相同、轨道半径关系等特点，联立方程求解未知量。 双星系统问题总结 圆周运动的半径 圆周运动的半径 好，今天的学习就到这里，同学们再见 在面对双 ①确定研究对象：明确对哪颗恒星进行分析。 ②受力分析：找出恒星所受的向心力来源是双星间的万有引力 。 ③列方程：根据F万=F向，结合向心力公式列出方程。 ④利用特点求解：运用双星系统角速度相同、周期相同、轨道半径关系等特点，联立方程求解未知量。 解题思路总结 圆周运动的半径 星球间的距离 ＝m $