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课件网) 微专题5 天体运动中的几类典型问题 1.通过对卫星变轨的分析,理解变轨的原因和变轨前后卫星各物理量的变化。2.分析各类天体运动的综合问题,通过利用物理情境构建物理模型,培养解答物理问题的建模思想。3.通过分析双星运动的特点,建立双星运动模型,并能分析计算双星运动的动力学参量和运动学参量。举一反三,了解三星模型和多星模型的处理方法。 [定位·学习目标] 突破·关键能力 要点一 人造卫星的变轨问题 「要点归纳」 1.卫星的变轨方式 卫星变轨时,先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化,进而使轨道半径r发生变化。 2.实例分析:高轨道卫星的发射 3.飞船的对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图甲所示,低轨道飞船通过合理地加速,沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接。 (2)同一轨道飞船与空间站对接如图乙所示,后面的飞船先减速降低高度,再加速提升高度,通过适当控制,使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度。 「典例研习」 [例1] (卫星变轨问题) (2025·山西运城开学考试)如图所示,月球探测器由地面发射后,进入地月转移轨道,经过P点时变轨进入圆形轨道1,在轨道1上经过Q点时变轨进入椭圆轨道2,轨道2与月球表面相切于M点,探测器在M点着陆月球。 下列说法正确的是( ) [A]月球的第一宇宙速度小于探测器在轨道1上的速度 [B]探测器在轨道1上经过P点的速度大于在地月转移轨道上经过P点的速度 [C]探测器在轨道1上的运动周期比在轨道2上的小 [D]探测器在轨道1上经过Q点时的加速度等于在轨道2上经过Q点时的加速度 D 判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路 (1)判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时,可根据“越远越慢”的规律 判断。 (2)判断卫星在轨道同一点的速度时可根据卫星在该点需要加速还是减速时,根据离心运动或近心运动的条件进行分析。 (3)判断卫星在不同轨道上的运行周期时,可根据开普勒第三定律来判断。 ·规律方法· [例2] (飞船对接问题) 神舟二十号载人飞船和空间站组合体实现对接,神舟二十号航天员乘组与神舟十九号航天员乘组成功实现第六次“太空会师”。假设空间站与神舟二十号都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间站的对接,下列措施可行的是( ) [A]使飞船与空间站在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间站实现对接 [B]使飞船与空间站在同一轨道上运行,然后空间站减速等待飞船实现对接 [C]飞船先在比空间站半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空间站,两者速度接近时实现对接 [D]飞船先在比空间站半径小的轨道上减速,减速后飞船 逐渐靠近空间站,两者速度接近时实现对接 C 【解析】 在同一轨道上运行时,加速做离心运动,减速做向心运动,均不能实现对接,A、B错误;飞船先在比空间站半径小的轨道上加速做离心运动逐渐靠近空间站,两者速度接近时实现对接,C正确;飞船先在比空间站半径小的轨道上减速做向心运动,不可能与空间站实现对接,D错误。 要点二 天体运动的临界问题及追及相遇问题 「要点归纳」 1.天体运动中的临界问题 (1)天体运动中的临界讨论一般涉及卫星的最小发射速度(第一宇宙速度)、环绕速度等卫星绕行过程中的物理量,还有星体自转过程中的“解体”及“飘起来”等问题。 (3)“解体”“飘起来”则指万有引力恰好不能或恰好能提供物体随星体自转所需的向心力。 2.天体追及相遇问题 绕同一中心天体,在同一轨道平面内不同高度上同向运行的卫星,因运行周期的不同,两颗卫星有时相距最近,有时又相距最远,这就是天体中的“追及相遇”问题。 (1)当两卫星位于和中心天体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(ωA-ωB)t′=(2n-1)π(n=1,2,3,…)。 (2)两卫星的运 ... ...
