741宇宙航行（赤近同三物體比較衛(wèi)星變軌雙星問(wèn)題三星問(wèn)題等）課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版

7.4.1宇宙航行赤近同三物體比較、衛(wèi)星變軌、雙星問(wèn)題、三星問(wèn)題等一、赤道、近地、同步物體比較r越大，an越小r越大，V越小r越大，w越小r越大，T越大探討問(wèn)題：試比較同步衛(wèi)星A、近地衛(wèi)星B、赤道上物體C三者的向心力、向心加速度、線速度、角速度、周期的大小關(guān)系？一、赤道、近地、同步物體比較方法提示：找關(guān)系。一、赤道、近地、同步物體比較【練1】地球赤道上有一物體隨地球的自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力為F1，向心加速度為a1，線速度為v1，角速度為ω1；繞地球表面附近做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星(高度忽略)的向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為ω2；地球同步衛(wèi)星的向心力為F3，向心加速度為a3，線速度為v3，角速度為ω3.地球表面重力加速度為g，第一宇宙速度為v，假設(shè)三者質(zhì)量相等，則()A．F1＝F2>F3 B．a(chǎn)1＝a2＝g>a3C．v1＝v2＝v>v3 D．ω1＝ω3<ω2一、赤道、近地、同步物體比較【練2】國(guó)務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國(guó)航天日”.1970年4月24日我國(guó)首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的“東方紅2號(hào)”衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km的地球同步軌道上．設(shè)“東方紅1號(hào)”在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1，“東方紅2號(hào)”的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為(

)A．a(chǎn)2>a1>a3 B．a(chǎn)3>a2>a1C．a(chǎn)3>a1>a2 D．a(chǎn)1>a2>a3【練3】(多選)地球同步衛(wèi)星離地心的距離為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，地球的第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比例關(guān)系正確的是(

)【練4】(多選)2019年9月12日，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射“一箭三星”.現(xiàn)假設(shè)a、b、c三顆衛(wèi)星均在赤道平面上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中a、b的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，c的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，a、b、c三顆衛(wèi)星的周期分別為T(mén)a＝6h、Tb＝24h、Tc＝12h，下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)、b每經(jīng)過(guò)6h相遇一次B．a(chǎn)、b每經(jīng)過(guò)8h相遇一次C．b、c每經(jīng)過(guò)8h相遇一次D．b、c每經(jīng)過(guò)6h相遇一次

二、變軌問(wèn)題從低軌道向高軌道變軌發(fā)射衛(wèi)星。二、變軌問(wèn)題分析：

在P點(diǎn)，衛(wèi)星應(yīng)點(diǎn)火加速，F(xiàn)向<Fn，航天器將做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入橢圓軌道。QPF向v12P點(diǎn):

1.速度關(guān)系vⅡ>vⅠ

從P點(diǎn)→Q點(diǎn)，由曲線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)或開(kāi)普勒第二定律可知：速度變小1QP23分析：

在Q點(diǎn)，由2軌道變?yōu)?軌道，衛(wèi)星應(yīng)點(diǎn)火加速，由橢圓軌道變?yōu)閳A周軌道，F(xiàn)向=Fn。Q點(diǎn):

1.速度關(guān)系v3>v2

總結(jié)：比較1、2、3軌道的加速度、向心加速度、線速度、周期的大小關(guān)系？(1).a1p=a2p>a3Q=a2Q(2).a2P>a1P>a3Q>a2Q(3).v2P>v1P>v3Q>v2Q(4).TⅠ<TⅡ<TⅢ1QP23二、變軌問(wèn)題小組討論：10分鐘。1QP23總結(jié)：比較1、2、3軌道的加速度、向心加速度、線速度、周期的大小關(guān)系？衛(wèi)星如何由高軌道變到低軌道？【練6】2021年10月16日，長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭遙十三搭載著翟志剛、王亞平與葉光富三位航天員的神舟十三號(hào)載人飛船發(fā)射升空，神舟十三號(hào)采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口，與此前已對(duì)接的天舟二號(hào)、天舟三號(hào)一起構(gòu)成四艙（船）組合體，如圖甲所示。如圖乙所示，軌道Ⅰ為空間站運(yùn)行圓軌道，軌道Ⅱ?yàn)檩d人飛船運(yùn)行橢圓軌道，兩軌道相切于A點(diǎn)，載人飛船在A點(diǎn)與空間站組合體完成對(duì)接，若空間站組合體距地球表面的高度為h，地球半徑為R，航天員與載人飛船始終相對(duì)靜止，則下列說(shuō)法正確的是（）A．載人飛船在軌道Ⅰ、Ⅱ的運(yùn)行周期相同B．載人飛船上在軌道Ⅰ、Ⅱ上運(yùn)行經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)加速度相等C．三位航天員隨空間站組合體做圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所受向心力大小相等D．對(duì)接前，載人飛船與地心的連線和空間站組合體與地心的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相同【練7】如圖所示，我國(guó)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”在地火轉(zhuǎn)移軌道1上飛行七個(gè)月后，進(jìn)入近火點(diǎn)為400千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)為5.9萬(wàn)千米的火星停泊軌道2，進(jìn)行相關(guān)探測(cè)后將進(jìn)入較低的軌道3開(kāi)展科學(xué)探測(cè)。則探測(cè)器（）A．在軌道2上近火點(diǎn)減速可進(jìn)入軌道3B．在軌道2上的周期比在軌道3上的周期小C．在軌道2上近火點(diǎn)的機(jī)械能比遠(yuǎn)火點(diǎn)大D．從地球發(fā)射時(shí)的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之間【練8】某衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程的情景圖如圖所示，軌道1為橢圓，軌道2為圓周，兩軌道相切于P點(diǎn)，Q點(diǎn)在地面附近，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的線速度大小為v1，P點(diǎn)到地球表面的距離為2R。已知衛(wèi)星的勢(shì)能

，其中r為衛(wèi)星到地心的距離，M為地球的質(zhì)量，G為引力常量，則下列說(shuō)法正確的是（

）A．B．衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的線速度大小C．衛(wèi)星在軌道2上運(yùn)行的周期為衛(wèi)星在軌道1上運(yùn)行周期的

倍D．衛(wèi)星從軌道1上的P點(diǎn)變軌到軌道2的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)做的功為【練9】2018年4月2日，遨游太空6年多的“天宮一號(hào)”在中國(guó)航天人的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和全程跟蹤下，告別太空后再次進(jìn)入大氣層，最終落入太平洋。“天宮一號(hào)”的“回家之路”可簡(jiǎn)化為圖示模型，“天宮一號(hào)”在遠(yuǎn)地軌道1做圓周運(yùn)動(dòng)，近地過(guò)程中先經(jīng)過(guò)橢圓軌道2，然后在近地圓軌道3運(yùn)行，最終進(jìn)入大氣層。軌道1和2相切于P點(diǎn)，軌道2和3相切于Q點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是（）A．“天宮一號(hào)”在P點(diǎn)的速度可能大于在Q點(diǎn)的速度B．“天宮一號(hào)”從軌道2變軌到軌道3要減速C．“天宮一號(hào)”在軌道1上P點(diǎn)的加速度大于在軌道2上P點(diǎn)的加速度D．“天宮一號(hào)”在軌道2上Q點(diǎn)的加速度等于在軌道3上Q點(diǎn)的加速度【練10】(多選)中國(guó)自行研制的“神州八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器在距離地球高為h的軌道上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接，為未來(lái)空間站建設(shè)邁出了關(guān)鍵一步．對(duì)接前，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，假設(shè)“天宮一號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，周期為T(mén)，“神州八號(hào)”運(yùn)行的軌道為橢圓，且兩軌道相切于遠(yuǎn)地點(diǎn)P，已知引力常量為G.則下列說(shuō)法正確的是(

)A．在遠(yuǎn)地點(diǎn)P處，“神舟八號(hào)”的加速度與“天宮一號(hào)”的加速度相等B．根據(jù)題中條件可以計(jì)算出地球的平均密度C．根據(jù)題中條件可以計(jì)算出“天宮一號(hào)”的質(zhì)量D．要實(shí)現(xiàn)“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”在遠(yuǎn)地點(diǎn)P處對(duì)接，

“神舟八號(hào)”需在靠近P處點(diǎn)火減速三、雙星系統(tǒng)問(wèn)題特點(diǎn)：1.兩星體相對(duì)靜止2.兩星體繞同一圓心運(yùn)動(dòng)3.兩星體向心力大小相等4.兩星體圓周運(yùn)動(dòng)周期相同

ABr1r2LMm

r1+r2=L已知A星球質(zhì)量為m，B星球質(zhì)量為2m，AB相距L,求：1.A、B星球的角速度或周期；2.A、B星球作圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)半徑。三、雙星系統(tǒng)問(wèn)題思考：還可以求什么物理量？【例題】宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星”，它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而不至因萬(wàn)有引力的作用吸引到一起．(1)試證明它們的軌道半徑之比、線速度之比都等于質(zhì)量的反比．(2)設(shè)兩者的質(zhì)量分別為m1和m2，兩者相距L，試寫(xiě)出它們角速度的表達(dá)式．即它們的軌道半徑、線速度之比都等于質(zhì)量的反比．【練11】如圖、為由A、B兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)，A、B繞連線上一點(diǎn)O做圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得A、B兩顆恒星間的距離為L(zhǎng)，恒星A的周期為T(mén)，其中一顆恒星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度是另一顆恒星的2倍，則錯(cuò)誤的是（

）A．恒星B的周期為 B．恒星A的向心加速度是恒星B的2倍C．A、B兩顆恒星質(zhì)量之比為 D．A、B兩顆恒星質(zhì)量之和為【練12】人類首次發(fā)現(xiàn)的引力波來(lái)源于距地球之外13億光年的兩個(gè)黑洞互相繞轉(zhuǎn)最后合并的過(guò)程。設(shè)兩個(gè)黑洞A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，黑洞A的質(zhì)量大于黑洞B的質(zhì)量，萬(wàn)有引力常量為G，則（）A．黑洞A的軌道半徑大于黑洞B的軌道半徑 B．黑洞A的線速度一定大于黑洞B的線速度C．若兩個(gè)黑洞間的距離為L(zhǎng)，其運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)，則兩個(gè)黑洞的總質(zhì)量為D．隨著兩個(gè)黑洞間的距離L減小，其運(yùn)動(dòng)角速度減小【練13】月球與地球質(zhì)量之比約為1∶80，有研究者認(rèn)為月球和地球可視為一個(gè)由兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的雙星系統(tǒng)，它們都圍繞月地連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．據(jù)此觀點(diǎn)，可知月球與地球繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比約為(

)．A．1∶6400B．1∶80C．80∶1D．6400∶1【練14】(2018全國(guó)1）2017年，人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過(guò)程，在兩顆中子星合并前約100s時(shí)，它們相距約400km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈，將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬(wàn)有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星A．質(zhì)量之積B．質(zhì)量之和C．速率之和D．各自的自轉(zhuǎn)角速度“三星”模型“四星”模型【練15】如圖所示，宇宙中存在著離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量均為m的三顆星組成的三星系統(tǒng)，可忽略其他星體對(duì)三星系統(tǒng)的影響。三顆星位于邊長(zhǎng)為R的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，并沿三角形的外接圓運(yùn)行，引力常量為G。則運(yùn)行的周期為（）A．

B． C．

D．

由三顆星體構(gòu)