1、第5章第第4講習(xí)題課：天體運(yùn)動(dòng)講習(xí)題課：天體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位目標(biāo)定位1.掌握解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的模型及思路.2.會(huì)分析人造衛(wèi)星的變軌問(wèn)題.3.會(huì)分析雙星問(wèn)題.1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識(shí)記點(diǎn)撥 2 課堂講義課堂講義 理解深化探究3對(duì)點(diǎn)練習(xí)對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋欄目索引欄目索引 CONTENTS PAGE 1.萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引的，引力的方向在它們的連線上，引力的大小F跟這兩個(gè)物體的成正比、與它們之間 成反比.公式F .質(zhì)量m1和m2的乘積距離r的二次方周期T3.衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系萬(wàn)有引力a、v、T一、解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的模型及思路一、解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

2、的模型及思路1.一種模型無(wú)論自然天體(如地球)還是人造天體(如宇宙飛船)都可以看做質(zhì)點(diǎn)，圍繞中心天體(視為靜止)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(2)天體運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)源于天體之間的萬(wàn)有引力，即例例1如圖1是發(fā)射地球同步衛(wèi)星的簡(jiǎn)化軌道示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至距地面高度為h1的近地軌道上.在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火實(shí)施變軌，進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道上，最后在B點(diǎn)再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道.已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球的半徑為R，求：圖1(1)近地軌道上的速度大小；解析解析設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球表面某物體的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在近地軌道上的速度為v1，在近地軌道上： (2)遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面

3、的高度.解析解析設(shè)B點(diǎn)距地面高度是h2.二、二、“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”、“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的比較的比較赤道上的物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)比較它們的向心加速度、線速度及角速度(或周期)時(shí)，要注意找出它們的共同點(diǎn)，然后再比較各物理量的大小.1.赤道上的物體與同步衛(wèi)星具有相同的角速度和周期，如同一圓盤上不同半徑的兩個(gè)點(diǎn)，由vr和a2r可分別判斷線速度，向心加速度的關(guān)系.例例2如圖2所示，a為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，b為近地圓軌道衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星.三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同.三顆衛(wèi)星的線速度分別為va、vb、vc，角速度分別為a、b、c，周期分別為Ta、Tb、Tc

4、，向心力分別為Fa、Fb、Fc，則()圖2A.acb B.FaFcFbC.vavcTb答案答案AD三、人造衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問(wèn)題三、人造衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問(wèn)題2.當(dāng)衛(wèi)星由于某種原因速度改變時(shí)，萬(wàn)有引力不再等于向心力，衛(wèi)星將做變軌運(yùn)行.3.衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的切點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力相同，所以加速度相同.4.飛船對(duì)接問(wèn)題：兩飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接前應(yīng)處于高低不同的兩軌道上，目標(biāo)船處于較高軌道，在較低軌道上運(yùn)動(dòng)的對(duì)接船通過(guò)合理地加速，做離心運(yùn)動(dòng)而追上目標(biāo)船與其完成對(duì)接.例例32013年5月2日凌晨0時(shí)06分，我國(guó)“中星11號(hào)”通信衛(wèi)星發(fā)射成功.“中星11號(hào)”是一顆地球同步衛(wèi)星，它主要用于為亞

5、太地區(qū)等區(qū)域用戶提供商業(yè)通信服務(wù).如圖3為發(fā)射過(guò)程的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再一次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B.衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的速度小于它在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的速度圖3解析解析同步衛(wèi)星在圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有：由以上可知，速率從大到小排列為：v2v1v3v2.答案答案

6、BD針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練如圖4所示，“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星被月球捕獲后，首先穩(wěn)定在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)，其中P、Q兩點(diǎn)分別是軌道的近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)，是衛(wèi)星繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道，軌道和在P點(diǎn)相切，則()圖4A.衛(wèi)星沿軌道運(yùn)動(dòng)，在P點(diǎn)的速度大于Q點(diǎn)的速度B.衛(wèi)星沿軌道運(yùn)動(dòng)，在P點(diǎn)的加速度小于Q點(diǎn)的加速度C.衛(wèi)星分別沿軌道、運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的加速度不相等D.衛(wèi)星要從軌道進(jìn)入軌道，須在P點(diǎn)加速解析解析在近日點(diǎn)速度較大，故A正確；在P點(diǎn)從軌道運(yùn)動(dòng)到軌道，衛(wèi)星做向心運(yùn)動(dòng)，需減速，故D錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律，加速度大小取決于衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力，在同一點(diǎn)加速度是相同的，故B、C均錯(cuò)誤.答案答案A四、雙星問(wèn)題四、雙星問(wèn)題兩個(gè)離得

7、比較近的天體，在彼此間的引力作用下繞兩者連線上的一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，這樣的兩顆星組成的系統(tǒng)稱為雙星.1.雙星特點(diǎn)(1)兩星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力相等；(2)兩星具有相同的角速度和周期；(3)兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1r2L.2.處理方法3.雙星的兩個(gè)結(jié)論(1)運(yùn)動(dòng)半徑：與質(zhì)量成反比，即m1r1m2r2例例4兩個(gè)靠得很近的天體，離其他天體非常遙遠(yuǎn)，它們以其連線上某一點(diǎn)O為圓心各自做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩者的距離保持不變，科學(xué)家把這樣的兩個(gè)天體稱為“雙星”，如圖5所示.已知雙星的質(zhì)量分別為m1和m2，它們之間的距離為L(zhǎng)，求雙星的運(yùn)行軌道半徑r1和r2及運(yùn)行周期T.圖5解析解析雙星間的引力提供了

8、各自做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力且r1r2L，1.如圖6所示，甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞質(zhì)量為M和2M的行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng).下列說(shuō)法正確的是()天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解及應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解及應(yīng)用圖6A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的運(yùn)行周期比乙的小C.甲的角速度比乙的大 D.甲的線速度比乙的大答案答案A“赤道物體赤道物體”與與“同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星”以及以及“近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星”的區(qū)別的區(qū)別2.四顆地球衛(wèi)星a、b、c、d的排列位置如圖7所示，其中a是靜止在地球赤道上還未發(fā)射的衛(wèi)星，b是近地軌道衛(wèi)星，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，四顆衛(wèi)星相比較()圖7A.a的向心加速度最大B.相同時(shí)間內(nèi)b轉(zhuǎn)過(guò)的

9、弧長(zhǎng)最長(zhǎng)C.c相對(duì)于b靜止D.d的運(yùn)動(dòng)周期可能是23 h解析解析赤道上面未發(fā)射的衛(wèi)星a和同步衛(wèi)星c相對(duì)靜止，角速度相同，所以向心加速度ar2，rcra，所以acaa，選項(xiàng)A錯(cuò)；答案答案B3.如圖8所示，假設(shè)月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g0，飛船在距月球表面高度為3R的圓形軌道運(yùn)動(dòng)，到達(dá)軌道的A點(diǎn)點(diǎn)火變軌進(jìn)入橢圓軌道，到達(dá)軌道的近月點(diǎn)B再次點(diǎn)火進(jìn)入近月軌道繞月球做圓周運(yùn)動(dòng).則()衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問(wèn)題衛(wèi)星、飛船的發(fā)射和變軌問(wèn)題圖8B.飛船在A點(diǎn)處點(diǎn)火時(shí)，速度增加C.飛船在軌道上運(yùn)行時(shí)通過(guò)A點(diǎn)的加速度大于在軌道上運(yùn)行時(shí)通過(guò)A點(diǎn)的加速度飛船在A點(diǎn)處點(diǎn)火使速度減小，飛船做靠近圓心的運(yùn)動(dòng)，所以飛船速度減小，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；答案答案D4.現(xiàn)代觀測(cè)表明，由于引力作用，恒星有“聚集”的特點(diǎn)，眾多的恒星組成了不同層次的恒星系統(tǒng)，最簡(jiǎn)單的恒星系統(tǒng)是兩顆互相繞轉(zhuǎn)的雙星，事實(shí)上，冥王星也是和另一星體構(gòu)成雙星，如圖9所示，這兩顆行星m1、m2各以一定速率繞它們連線上某一中心O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣才不至于因萬(wàn)有引力作用而吸引在一起，現(xiàn)測(cè)出雙