专题强化卫星的变轨和双星问题课件-高一下学期物理人教版

第7章万有引力与宇宙航行专题强化卫星的变轨和双星问题1.知道卫星如何变轨的，卫星在各个轨道上加速度、速度、周期等关系2.了解天体的追及相遇问题，什么时候最远和最近。3.掌握双星系统质量、半径、速度的关系直线发射（高轨发射）：整个发射过程中，运载火箭在入轨前始终处于动力飞行状态，要消耗大量燃料。变轨发射（近地发射）：运载火箭消耗的燃料少，发射场的位置也不受限制。观察与思考：观察嫦娥1号和4号的轨道示意图，有何不同，为什么有这样不同？对于低轨道卫星来说，一般选择垂直发射突破大气层后直接入轨，而中、高轨道卫星的发射一般经历以下三个阶段：③同步轨道。①停泊轨道；②转移轨道；vF引F引＜F向F引＞F向MmA1.变轨原理及过程1.变轨原理及过程(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形轨道Ⅰ上。(2)在A点点火加速,由于速度变大,万有引力不足以提供卫星在轨道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形轨道Ⅲ。123BAO变轨点变轨点轨道的A点，点火加速，到达2轨道；

轨道的B点，再点火加速，到达3轨道；椭圆轨道：1、3圆轨道：开普勒第二定律(2)、比较速度关系离心运动：两个不同轨道的“切点”处线速度同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度两个不同轨道上的线速度

离心运动：

2、变轨过程中物理量分析开普勒第三定律：椭圆轨道：圆轨道：（比较半径）（比较半长轴）综上：(2)、比较周期关系(3)、比较加速度关系1、3圆轨道：1、2轨道的A为同一个点：2、3轨道的B为同一个点：

返回总结提升

（1）.如图所示，若两个航天器在同一轨道上运动，后面的航器加速会追上前面的航天器吗？答案不会，后面的航天器加速会做离心运动进入高轨道，不会追上前面的航天器。（2）.怎样才能使后面的航天器追上前面的航天器？答案如图所示，后面的航天器先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使后面的航天器追上前面的航天器时恰好具有相同的速度。3.对接问题思考与讨论对接问题实际上就是两个做匀速圆周运动的星体的追赶问题,本质仍然是卫星的变轨问题,需要分清是从高轨道减速变轨至低轨道,还是从低轨道加速变轨至高轨道。4、卫星回收过程

1、(2023·扬州市高一期中)2021年5月15日，我国发射的“天问一号”火星探测器成功着陆于火星。如图所示，“天问一号”被火星捕获之后，需要在近火星点P变速，进入环绕火星的椭圆轨道。下列说法中正确的是A.“天问一号”发射时的速度必须大于第一宇宙

速度小于第二宇宙速度B.“天问一号”由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，需要在P点减速C.“天问一号”在轨道Ⅰ上的运行周期小于在轨道Ⅱ上的运行周期D.“天问一号”在轨道Ⅰ上经过P点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过P点

时的加速度√

2、如图为飞船运动过程的示意图。飞船先进入圆轨道1做匀速圆周运动，再经椭圆轨道2，最终进入圆轨道3完成对接任务。椭圆轨道2分别与轨道1、轨道3相切于A点、B点。则飞船A.在轨道1的运行周期大于在轨道3的运行周期B.在轨道2运动过程中，经过A点时的速率比B点大C.在轨道2运动过程中，经过A点时的加速度比B点小D.从轨道2进入轨道3时需要在B点处减速√在天体运动的问题中，我们常遇到一些这样的问题。比如，A、B两天体都绕同一中心天体做圆周运动，某时刻A、B相距最近，问A、B下一次相距最近或最远需要多少时间，或“至少”需要多少时间等问题。而对于此类问题的解决和我们在直线运动中的追及相遇问题在思维有上一些相似的地方，故我们也常说成“天体的追及与相遇”。AB问题情景1：相距最近如图，两天体的运转方向相同，且位于和中心连线半径的同侧，此时两天体相距最近。求经过多长时间t二者会再次相距最近？设处于内轨道的A天体周期为T1，处于外轨道的B天体周期为T2，当t满足下列式子时二者相距最近：

AB问题情景2：相距最远如图，两天体的运转方向相同，且位于和中心连线半径的同侧，此时两天体相距最近。求经过多长时间t二者会再次相距最远？

AB设处于内轨道的A天体周期为T1，处于外轨道的B天体周期为T2，当t满足下列式子时二者相距最远：总结3.轨道平面不重合时，两天体只有在同一时刻位于中心天体同一侧的同一直线上时发生相遇。如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则()A．经过时间

，两行星将第二次相遇B．经过时间

，两行星将第二次相遇C．经过时间

，两行星第一次相距最远D．经过时间

，两行星第一次相距最远BC

宇宙中，有两颗星在一起组成的稳定旋转系统，有三颗星的，也有更多颗星体组成的稳定旋转系统。1、双星模型

宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计。在这种情况下，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动，通常，我们把这样的两个星球称为“双星”。（1）模型构建两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星角速度ω相同，周期T相同。（2）双星系统的特点两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的向心力Fn大小相等；两颗恒星均绕共同的中心做匀速圆周运动，轨道半径r1、r2与两恒星间距离L的关系为r1＋r2＝L；两颗恒星与旋转中心有什么关系，角速度与周期是怎样的？谁提供向心力，大小怎样？两恒星做什么运动？轨道半径与两恒星间距离有何关系？对m1:对m2:【计算1】如图，双星的质量分别为m1、m2，它们之间的距离为L，求各自圆周运动的半径r1、r2的大小及r1、r2的比值。规律：m越大，旋转半径越小，离中心越近。r1+r2=Lr1r2m2m1Lo对m1:对m2:【计算2】如图，双星的质量分别为m1、m2，它们之间的距离为L，轨道半径分别为r1和r2，求它们的线速度v1、v2的比值。r1r2m2m1Lo【计算3】如图，A、B为双星系统，它们之间的距离为L，轨道半径分别为r1和r2，若运动周期为T，求两星的总质量。r1r2BALo对A:对B:①①+②得：②“三星”模型“四星”模型2.多星系统(2)每颗星体做匀速圆周运动的周期和角速度都相同，以保持其相对位置不变。(3)某一星体做圆周运动的向心力是由其他星体对它引力的合力提供的。(1)多颗星体共同绕空间某点做匀速圆周运动。2、天文学家将相距较近，仅在彼此的引力作用下运行的两颗星球称为双星系统。设某双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示。若AO<OB，则（）A．星球A的质量小于星球B的质量。B．星球A的线速度等于星球B的线速度。C．双星之间的距离一定，双星系统的总质量越小，转动的周期越小。D．双星系统的总质量一定，双星之间的距离越大，转动的周期越大。D1、有一对相互环绕旋转的超大质量双黑洞系统，如图7所示.若图中双黑洞的质量分别为M1和M2，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动