2020年高考物理一轮复习课件：专题四 小专题3 天体运动突破专题.ppt

小专题 3 　 天体运动突破专题 突破 1 近地卫星、赤道上的物体及同步卫星的运行问题 1. 同步卫星的六个“一定” 2. 近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的 卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行 线速度约为 7.9 km/s ，运行周期约为 84 min. 3. 近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体的三种 匀速圆周运动的比较 . (1) 轨道半径：近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同，同 步卫星的轨道半径较大， 即 r 同 > r 近 ＝ r 物 . (4) 动力学规律： 【典题 1 】 (2016 年新课标 Ⅰ 卷 ) 利用三颗位置适当的地球 同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信，目 前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的 6.6 倍.假设地球 的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则 地球自转周期的最小值约为 ( ) A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h 图 D28 答案： B 【考点突破 1 】 (2016 年四川卷 ) 国务院批复，自 2016 年起 将 4 月 24 日设立为“中国航天日”.1970 年 4 月 24 日我国首次 成功发射的人造卫星“东方红一号”，目前仍然在椭圆轨道 上运行，其轨道近地点高度约为 440 km，远地点高度约为 2060 km；1984 年 4 月 8 日成功发射的“东方红二号”卫星运 行在赤道上空 35 786 km 的地球同步轨道上.设“东方红一号” 在远地点的向心加速度为 a 1 ，“东方红二号”的向心加速度为 a 2 ，固定在地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a 3 ， 则 a 1 、 a 2 、 a 3 的大小关系为( ) A. a 2 ＞ a 1 ＞ a 3 B. a 3 ＞ a 2 ＞ a 1 　　 C. a 3 ＞ a 1 ＞ a 2 D. a 1 ＞ a 2 ＞ a 3 答案： D 突破 2 卫星的变轨问题 1. 变轨原理及过程 (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 Z3-1 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. 图 Z3-1 (3) 在 B 点 ( 远地点 ) 再次点火加速进入圆形轨道 Ⅲ. 2. 变轨过程各物理量分析 (1) 速度：设卫星在圆轨道 Ⅰ 和 Ⅲ 上运行时的速率分别为 v 1 、 v 3 ，在轨道 Ⅱ 上过 A 点和 B 点时速率分别为 v A 、 v B . 在 A 点加速，则 v A > v 1 ，在 B 点加速，则 v 3 > v B ，又因 v 1 > v 3 ，故有 v A > v 1 > v 3 > v B . (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，经过 B 点加速度也相同 . 【 典题 2 】 (2017 年吉林通化二模 ) 我国发射了一颗地球资 源探测卫星，发射时，先将卫星发射至距离地面 50 km 的近地 圆轨道 1 上，然后变轨到近地点距离地面 50 km 、远地点距离 地面 1500 km 的椭圆轨道 2 上，最后由轨道 2 进入半径为 7900 km 的圆轨道 3 ，轨道 1 、 2 相切于 P 点，轨道 2 、 3 相切于 Q 点，如图 Z3-2 所示 . 忽略空气阻力和卫星质量的变化，则以 下说法正确的是 ( ) 图 Z3-2 A. 该卫星从轨道 1 变轨到轨道 2 需要在 P 处点火加速 B. 该卫星在轨道 2 上稳定运行时， P 点的速度小于 Q 点的 速度 C. 该卫星在轨道 2 上 Q 点的加速度大于在轨道 3 上 Q 点的 加速度 D. 该卫星在轨道 3 的机械能小于在轨道 1 的机械能 解析： 卫星在轨道上运行时，轨道的半长轴越大，需要的 能量越大，由于轨道 2 的半长轴比轨道 1 的半长轴大，因此该 卫星从轨道 1 变轨到轨道 2 需要在 P 处点火加速， A 正确；该 卫星在轨道 2 上稳定运行时，根据开普勒第二定律可知，近地 点 P 点的速度大于远地点 Q 点的速度， B 错误；根据牛顿第二 在轨道 2 上经过 Q 点的加速度等于在轨道 3 上经过 Q 点的加速 度， C 错误；卫星在轨道上运行时，轨道的半长轴越大，需要 的能量越大，由于轨道 3 的半长轴比轨道 1 的半长轴大，所以 该卫星在轨道 3 的机械能大于在轨道 1 的机械能， D 错误 . 答案： A 【 考点突破 2 】 2016 年 10 月 19 日，“神舟十一号”飞船 与“天空二号”自动交会对接成功，如图 Z3-3 所示 . 假设“天 宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了 ) 实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是 ( 图 Z3-3 A. 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速 追上空间实验室实现对接 B. 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验 室减速等待飞船实现对接 C. 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞 船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 D. 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞 船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接 解析： 若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，飞船加 速会进入较高的轨道，空间实验室减速会进入较低的轨道，都 不能实现对接， A 、 B 错误；要想实现对接，可使飞船在比空间 实验室半径较小的轨道上加速，然后飞船将进入较高的空间实 验室轨道，逐渐靠近空间站后 ，两者速度接近时实现对接， C 正确， D 错误 . 答案： C 突破 3 天体的追及问题 1.相距最近： 两卫星的运转方向相同，且位于和中心连线的半径上同侧 时，两卫星相距最近，从运动关系上，两卫星运动关系应满足 ( ω A － ω B ) t ＝ 2 nπ ( n ＝ 1,2,3 ， … ). 2.相距最远： 当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时，两卫星相距最 远，从运动关系上，两卫星运动关系应满足 ( ω A － ω B ) t ′ ＝ (2 n －1) π ( n ＝1,2,3 … ). 【 典题 3 】 如图 Z3-4 所示，有 A 、 B 两颗行星绕同一颗恒 星 M 做圆周运动，旋转方向相同， A 行星的周期为 T 1 ， B 行星 的周期为 T 2 ，在某一时刻两行星相距最近，则： (1) 经过多长时间，两行星再次相距最近？ (2) 经过多长时间，两行星第一次相距最远？ 图 Z3-4 解： A 、 B 两颗行星 做匀速圆周运动，由万有引力提供向心 运动完一周时， B 还没有运动完一周，但是要它们相距最近， 只有 A 、 B 两行星和恒星 M 的连线再次在一条直线上，且 A 、 B 在 M 的同侧，从角度上看，在相同时间内， A 比 B 多转了 2π ； 如果 A 、 B 在 M 的两侧，则它们相距最远，从角度上看，在相 同时间内， A 比 B 多转了 π. 方法技巧： 处理天体相距最近和最远的问题，实际上就是 因为越向外的卫星运行得越慢，当里边的比外边的卫星多走了 半圈或半圈的奇数倍时相距最远，多走了整数圈时相距最近 . 【 考点突破 3 】 ( 多选， 2016 年广东揭阳二模 ) 已知地球自 转周期为 T 0 ， 有一颗与同步卫星在同一轨道 平面的低轨道卫星， 自西向东绕地球运行，其运行半径为同步轨道半径的四分之一， 该卫星两次在同一城市的正上方出现的时间间隔可能是 ( ) 答案： CD