2018秋沪科版高中物理必修2课件：5.5习题课-天体运动(共26张PPT)

1、习题课习题课:天体运动天体运动 1.万有引力定律 (1)内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们 的连线上,引力的大小跟物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们 之间距离r的二次方成反比。 2.卫星运动中几个概念的区别 (1)天体半径和卫星的轨道半径 通常把天体看成一个球体,天体的半径指的是球体的半径;卫星 的轨道半径指的是卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径。卫星的 轨道半径大于等于天体的半径。 (2)自转周期和公转周期 自转周期是指天体绕自身轴线运动一周所用的时间;公转周期是 指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间。自转周期与公转 周期一般不相等。 3.卫星的线速度、角速度、周

2、期、向心力 一、天体运动问题的分析思路 行星或卫星的运动一般可看作匀速圆周运动,所需要的向心力都 由中心天体对它的万有引力提供,所以研究天体运动时可建立基本 关系式 =ma,式中a是向心加速度。 【例1】如图所示,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的 3颗卫星,下列说法正确的是() A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度 B.b、c的向心加速度大小相等,且小于a的向心加速度 C.c加速可追上同一轨道上的b,b减速可等候同一轨道上的c D.a卫星由于某原因,轨道半径缓慢减小,其线速度将减小 答案:B 变式训练变式训练1(多选)在太阳系中有一颗半径为R的行星,若在该行星 表面以初速度v

3、0竖直向上抛出一物体,上升的最大高度为H,已知该 物体所受的其他力与行星对它的万有引力相比较可忽略不计。根 据这些条件,可以求出的物理量是() A.太阳的密度 B.该行星的第一宇宙速度 C.该行星绕太阳运行的周期 D.卫星绕该行星运行的最小周期 答案:BD 二、赤道物体、同步卫星和近地卫星物理量的比较 赤道上的物体、同步卫星和近地卫星都近似做匀速圆周运动,当 比较它们的向心加速度、线速度及角速度(或周期)时,要注意找出 它们的共同点,然后再比较各物理量的大小。 1.赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期,如同一圆 盘上不同半径的两个点,由v=r和a=2r可分别判断线速度、向心 加速度的关

4、系。 【例2】(多选)同步卫星离地心距离为r,运行速率为v1,加速度为 a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度 为v2,地球的半径为R,则下列比值正确的是() 解析:设地球质量为M,同步卫星的质量为m1,地球赤道上的物体 质量为m2,在地球表面附近飞行的物体质量为m2,根据向心加速度 答案:AD 变式训练变式训练2(2016四川理综)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2 060 km;1984年4月8日成功

5、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 一号在远地点的加速度为a1,东方红二号的加速度为a2,固定在地球 赤道上的物体随地球自转的加速度为a3,则a1、a2、a3的大小关系 为() A.a2a1a3 B.a3a2a1 C.a3a1a2 D.a1a2a3 所以a1a2;对于东方红二号与赤道上的物体,二者角速度相等,由 a=2r,可知a2a3,所以a1a2a3,故选D。 答案:D 三、人造卫星的变轨问题 2.卫星变轨时,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。 3.卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时,卫星受到的万有引力相 同,所

6、以加速度相同。 4.飞船对接:两飞船对接前应处于高、低不同的轨道上,目标船处 于较高轨道,在较低轨道上运动的对接船通过合理地加速,做离心 运动而追上目标船与其完成对接。 【例3】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1 500 km的椭圆轨道2上,最后由轨道2进 入半径为7 900 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() 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,

7、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半长轴比轨道1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,故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, 过Q点的加速度,故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半长轴比轨道1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,故D错误。 答案:A 变式训练变式训练3(多选)

8、2013年12月2日,肩负着“落月”和“勘察”重任的 嫦娥三号沿地月转移轨道直奔月球,在距月球表面100 km的P点进 行第一次制动后被月球捕获,进入椭圆轨道绕月飞行。之后,卫 星在P点又经过第二次“刹车制动”,进入距月球表面100 km的圆形 工作轨道,绕月球做匀速圆周运动,在经过P点时会再一次“刹车 制动”进入近月点距地球15 km的椭圆轨道,然后择机在近月点下 降进行软着陆,如图所示。则下列说法正确的是() A.嫦娥三号在轨道上运动的周期最长 B.嫦娥三号在轨道上运动的周期最长 C.嫦娥三号经过P点时在轨道上运动的线速度最大 D.嫦娥三号经过P点时,在三个轨道上的加速度相等 解析:由于嫦

9、娥三号在轨道上运动的半长轴大于在轨道上运 动的半径,也大于轨道的半长轴,根据开普勒第三定律可知,嫦娥 三号在各轨道上稳定运行时的周期关系为TTT,故A正确,B 错误。嫦娥三号在由高轨道降到低轨道时,都要在P点进行“刹车制 动”,所以经过P点时,在三个轨道上的线速度关系为vvv,所以 C错误;由于嫦娥三号在P点时的加速度只与所受到的月球引力有 关,故D正确。 答案:AD 12345 1.假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动,已知地球到太阳的距 离小于火星到太阳的距离,那么() A.地球公转的周期大于火星公转的周期 B.地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C.地球公转的加速度小于火星公转的加速度

10、 D.地球公转的角速度大于火星公转的角速度 D 12345 2.如图所示,地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步卫星q均 在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周运动速 率分别为v1、v2、v3,向心加速度分别为a1、a2、a3,则() A.v1v2v3B.v1v2a2a3D.a1a3a2 12345 可知q的向心加速度a3a2。由于同步卫星q的角速度与地球自转 的角速度相同,即与地球赤道上的山丘e的角速度相同,但q轨道半 径大于e的轨道半径,根据a=2r可知a1a3,选项D正确,选项C错误。 答案:D 12345 3.如图所示,A为地球赤道上的物体,B为地球同步卫星,C为地球表

11、面 上北纬60的物体。已知A、B的质量相同。下列关于A、B和C三 个物体的说法正确的是() A.A物体受到的万有引力小于B物体受到的万有引力 B.B物体的向心加速度小于A物体的向心加速度 C.A、B两物体的轨道半径的三次方与周期的二次方的比值相同 D.A和B线速度的比值比C和B线速度的比值大,且都小于1 12345 有引力大于B受到的万有引力,故A错误;因A与B的角速度相同,由 a=2r可知B的向心加速度大于A的向心加速度,故B错误;A在地球 表面,不是环绕地球做匀速圆周运动,因此不满足开普勒第三定律, 故C错误;根据v=r可知,B的线速度最大,而C的线速度最小,因此A 与B的线速度比值大于C

12、与B的线速度比值,且均小于1,故D正确。 答案:D 12345 4.假设将来人类登上了火星,考察完毕后,乘坐一艘宇宙飞船从火星 返回地球时,经历了如图所示的变轨过程,则有关这艘飞船的下列 说法正确的是() A.飞船在轨道上运动时的机械能大于在轨道上运动时的机械 能 B.飞船绕火星在轨道上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕 地球以轨道同样的轨道半径运动的周期相同 C.飞船在轨道上运动时,经过P点时的速度大于经过Q点时的速 度 D.飞船在轨道上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道上运 动到P点时的加速度 12345 解析:飞船由轨道转变为轨道时在P点应加速,机械能增大,A错 误;飞船在轨道上运动时,离火星越远,速度越小,C正确;由 周期与中心天体的质量也有关,B错误。 答案:C 12345 5.在我国嫦娥一号月球探测器在绕月球成功运行之后,为进一步探