第4章 综合融通　应用万有引力定律解决三个热点问题（课件 学案 练习）高中物理鲁科版（2019）必修 第二册

综合·融通　应用万有引力定律解决三个热点问题 (融会课—主题串知综合应用) 通过上一节课的学习我们已经初步掌握天体质量和密度的计算、宇宙速度的理解和计算、不同轨道的卫星运动参量的分析与比较，这节课将进一步学习卫星变轨问题，同步卫星、近地卫星和赤道上物体的运动参量比较，双星和三星模型。 主题(一) 卫星变轨问题 [知能融会通] 1．变轨问题概述 2．变轨过程 (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。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆轨道Ⅲ。 3．变轨过程各物理量分析 (1)两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等，图中vⅢ＞vⅡB，vⅡA＞vⅠ。 (2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等，从远地点到近地点线速度逐渐增大。 (3)两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，v越小，图中vⅠ＞vⅢ。 (4)不同轨道上运行周期T不相等。根据开普勒第三定律＝k知，内侧轨道的周期小于外侧轨道的周期。图中TⅠ＜TⅡ＜TⅢ。 (5)两个不同轨道的“切点”处加速度a相同，图中aⅢ＝aⅡB，aⅡA＝aⅠ。 [典例]　(2024·漳州高一调研)2024年4月25日，长征二号F遥十八运载火箭将“神舟十八号”载人飞船精准送入预定轨道。“神舟十八号”与火箭分离后，将进行多次变轨，与中国空间站进行径向交会对接。如图所示为“神舟十八号”对接前变轨过程的简化示意图，AC是椭圆轨道Ⅱ的长轴，“神舟十八号”从圆轨道Ⅰ先变轨到椭圆轨道Ⅱ，再变轨到圆轨道Ⅲ，与在圆轨道Ⅲ运行的空间站实施对接。下列说法正确的是(　 ) A．“神舟十八号”两次变轨过程中均需要点火减速 B．“神舟十八号”在椭圆轨道Ⅱ上运行的周期小于空间站运行的周期 C．“神舟十八号”在椭圆轨道Ⅱ上经过C点时的速率大于空间站经过C点时的速率 D．“神舟十八号”在椭圆轨道Ⅱ上C点时的加速度大于空间站在C点时的加速度 听课记录： [题点全练清] 1．(2024·湖北高考)太空碎片会对航天器带来危害。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 2．如图所示，虚线Ⅰ、Ⅱ分别表示地球卫星的两条轨道，其中轨道Ⅰ为近地环绕圆轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道。起初卫星在轨道Ⅰ上运行，经过a点成功变轨进入轨道Ⅱ，b点为轨道Ⅱ的远地点，b点与地心的距离为轨道Ⅰ半径的2倍，卫星在轨道Ⅱ上运行时经过a点的速率为va，经过b点的速率为vb，则(　 ) A．卫星在轨道Ⅰ上经过a点变轨进入轨道Ⅱ时应减速 B．在轨道Ⅱ上，卫星在b点的机械能小于在a点的机械能 C．vb＝2va D．卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上运行的周期平方之比为8∶27 主题(二) 同步卫星、近地卫星和赤道上物体的运动参量比较 [知能融会通] 1．近地卫星 近地卫星的轨道半径r可以近似地认为等于地球半径R，其线速度大小为v1＝7.9 km/s，角速度、向心加速度最大，周期最小。 2．地球同步卫星 (1)“同步”的含义就是和地球保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期。 (2)特点 ①定周期：所有同步卫星周期均为T≈24 h。 ②定点：相对地面静止且在赤道上的某点的正上方。 ③定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东。 ④定高度：由G＝m＝m(R＋h) ... ...