1、物理物理专题提升专题提升(五五)天体运动中的三类典型问题天体运动中的三类典型问题物理物理分类研析分类研析真题试做真题试做物理物理分类研析分类研析 拓展提升拓展提升类型一类型一 卫星、同步卫星及赤道上物体的运动问题卫星、同步卫星及赤道上物体的运动问题赤道上物体、近地卫星、同步卫星的动力学特点赤道上物体、近地卫星、同步卫星的动力学特点物理物理物理物理物理物理例例1(多选多选)如图所示如图所示,A是静止在赤道上的物体是静止在赤道上的物体,B,C是同一平面内两颗是同一平面内两颗人造卫星人造卫星.B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上,C是地球同步卫是地球同步卫星星.
2、则以下判断正确的是则以下判断正确的是()A.卫星卫星B的速度大小等于地球的第一宇宙速度的速度大小等于地球的第一宇宙速度B.A,B的线速度大小关系为的线速度大小关系为vAvBC.周期大小关系为周期大小关系为TA=TCTBD.若卫星若卫星B要靠近要靠近C所在轨道所在轨道,需要先加速需要先加速CD物理物理审题指导审题指导:解此题注意三点解此题注意三点:(1)地面上的物体随地球自转地面上的物体随地球自转,与地球和地球同步卫星有相同的角速度与地球和地球同步卫星有相同的角速度.(2)近地卫星和同步卫星都满足卫星运行规律近地卫星和同步卫星都满足卫星运行规律.(3)近地卫星与地面上物体比较时要借助地球同步卫星
3、这一桥梁近地卫星与地面上物体比较时要借助地球同步卫星这一桥梁.物理物理题组训练题组训练1.(2016四川卷四川卷,3)国务院批复国务院批复,自自2016年起将年起将4月月24日设立为日设立为“中国航天中国航天日日”.1970年年4月月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号,目前仍目前仍然在椭圆轨道上运行然在椭圆轨道上运行,其轨道近地点高度约为其轨道近地点高度约为440 km,远地点高度约为远地点高度约为2 060 km;1984年年4月月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空日成功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
4、的地球同步轨道上.设东方红一号在远地点的加速度为设东方红一号在远地点的加速度为a1,东方红东方红二号的加速度为二号的加速度为a2,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3,则则a1,a2,a3的大小关系为的大小关系为()A.a2a1a3 B.a3a2a1C.a3a1a2 D.a1a2a3D物理物理物理物理BCD 物理物理物理物理类型二类型二 器的变轨问题器的变轨问题1.卫星发射及变轨过程概述卫星发射及变轨过程概述人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道.如图所示如图所示,发射发射卫星的过程大
5、致有以下几个步骤卫星的过程大致有以下几个步骤:(1)为了节省能量为了节省能量,在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道上上.(2)在在A处点火加速处点火加速,由于速度变大由于速度变大,进入椭圆轨道进入椭圆轨道.(3)在在B处处(远地点远地点)再次点火加速进入圆形轨道再次点火加速进入圆形轨道.物理物理物理物理角度角度1变轨过程中各物理量的变化变轨过程中各物理量的变化例例2(2019河北唐山模拟河北唐山模拟)(多选多选)如图所示如图所示,地球卫星地球卫星a,b分别在椭圆轨分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行道、圆形轨道上运行,椭圆轨道在远地点椭圆轨道在远地点A处与
6、圆形轨道相切处与圆形轨道相切,则则()A.卫星卫星a的运行周期比卫星的运行周期比卫星b的运行周期短的运行周期短B.两颗卫星分别经过两颗卫星分别经过A点处时点处时,a的速度大于的速度大于b的速度的速度C.两颗卫星分别经过两颗卫星分别经过A点处时点处时,a的加速度小于的加速度小于b的加速度的加速度D.卫星卫星a在在A点处通过加速可以到圆轨道上运行点处通过加速可以到圆轨道上运行AD物理物理解析解析:由于卫星由于卫星a的运行轨道的半长轴比卫星的运行轨道的半长轴比卫星b的运行轨道半径短的运行轨道半径短,根据根据开普勒第三定律开普勒第三定律,卫星卫星a的运行周期比卫星的运行周期比卫星b的运行周期短的运行周
7、期短,选项选项A正确正确;两颗卫星分别经过两颗卫星分别经过A点处时点处时,a的速度小于的速度小于b的速度的速度,若卫星若卫星a在在A点处加速点处加速后万有引力恰好提供向心力后万有引力恰好提供向心力,则可以做匀速圆周运动则可以做匀速圆周运动,选项选项B错误错误,D正确正确;两颗卫星分别经过两颗卫星分别经过A点处点处,a的加速度等于的加速度等于b的加速度的加速度,选项选项C错误错误.物理物理物理物理角度角度2变轨问题中能量分析变轨问题中能量分析例例3(多选多选)目前目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些其中一些卫星的轨道可近似为圆卫星的轨道可近
8、似为圆,且轨道半径逐渐变小且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的则下列判断正确的是是()A.卫星的动能逐渐减小卫星的动能逐渐减小B.由于地球引力做正功由于地球引力做正功,引力势能一定减小引力势能一定减小C.由于气体阻力做负功由于气体阻力做负功,地球引力做正功地球引力做正功,机械能保持不变机械能保持不变D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小BD物理物理物理物理规律总结规律总结卫星变轨问题卫星变轨问题“四个四个”物理量的
9、规律分析物理量的规律分析(1)速度速度:如图所示如图所示,设卫星在圆轨道设卫星在圆轨道和和上运行时的速率分别为上运行时的速率分别为v1,v3,在轨道在轨道上过上过A点和点和B点时速率分别为点时速率分别为vA,vB.在在A点加速由轨道点加速由轨道变为轨变为轨道道,则则vAv1,在在B点加速由轨道点加速由轨道变为轨道变为轨道,则则v3vB,又因又因v1v3,故有故有vAv1v3vB.物理物理物理物理题组训练题组训练1.(多选多选)如图所示如图所示,在发射地球同步卫星的过程中在发射地球同步卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨卫星首先进入椭圆轨道道,然后在然后在Q点通过改变卫星速度点通过改变卫星速度,让卫
10、星进入地球同步轨道让卫星进入地球同步轨道,则则()A.该卫星在该卫星在P点的速度大于点的速度大于7.9 km/s,小于小于11.2 km/sB.卫星在同步轨道卫星在同步轨道上的运行速度大于上的运行速度大于7.9 km/sC.在轨道在轨道上上,卫星在卫星在P点的速度大于在点的速度大于在Q点的速度点的速度D.卫星在卫星在Q点通过加速实现由轨道点通过加速实现由轨道进入轨道进入轨道ACD物理物理解析解析:卫星在卫星在P点做圆周运动的速度为点做圆周运动的速度为7.9 km/s,卫星在卫星在P点的速度大于点的速度大于7.9 km/s会做离心运动会做离心运动,运动轨迹为椭圆运动轨迹为椭圆,但必须小于但必须小
11、于11.2 km/s,否则就会脱否则就会脱离地球束缚离地球束缚,故故A正确正确;环绕地球做圆周运动的人造卫星环绕地球做圆周运动的人造卫星,最大的运行速度最大的运行速度是是7.9 km/s,故故B错误错误;P点比点比Q点离地球近点离地球近,故在轨道故在轨道上上,卫星在卫星在P点的速点的速度大于在度大于在Q点的速度点的速度,C正确正确;卫星在卫星在Q点通过加速实现由轨道点通过加速实现由轨道进入轨进入轨道道,故故D正确正确.物理物理2.(2019河南南阳月考河南南阳月考)(多选多选)若若“嫦娥四号嫦娥四号”从距月面高度为从距月面高度为100 km的的环月圆形轨道环月圆形轨道上的上的P点实施变轨点实施
12、变轨,进入近月点为进入近月点为15 km的椭圆轨道的椭圆轨道,由近月点由近月点Q落月落月,如图所示如图所示.关于关于“嫦娥四号嫦娥四号”,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.沿轨道沿轨道运动至运动至P时时,需制动减速才能进入轨道需制动减速才能进入轨道B.沿轨道沿轨道运行的周期大于沿轨道运行的周期大于沿轨道运行的周期运行的周期C.沿轨道沿轨道运行时运行时,在在P点的加速度大于在点的加速度大于在Q点的加速度点的加速度D.在轨道在轨道上由上由P点运行到点运行到Q点的过程中点的过程中,万有引力对其做正功万有引力对其做正功,它的动它的动能增加能增加,重力势能减小重力势能减小,机械能不变机械能不变AD
13、物理物理物理物理类型三类型三 双星或多星模型双星或多星模型1.宇宙双星问题宇宙双星问题(1)特点特点:如图如图(甲甲)所示绕公共圆心转动的两个星体组成的系统所示绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之我们称之为双星系统为双星系统.物理物理物理物理物理物理3.宇宙四星问题宇宙四星问题(1)其中一种是四颗质量相等的星体位于正方形的四个顶点上其中一种是四颗质量相等的星体位于正方形的四个顶点上,沿着外接沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动如图如图(丁丁)所示所示.(2)另一种是三颗星体始终位于正三角形的三个顶点上另一种是三颗星体始终位于正三角形的三个顶点上,另一
14、颗位于中心另一颗位于中心O,外围三颗星绕外围三颗星绕O做匀速圆周运动做匀速圆周运动如图如图(戊戊)所示所示.三颗星体转动的方向三颗星体转动的方向相同相同,周期、角速度、线速度的大小相等周期、角速度、线速度的大小相等.物理物理4.宇宙多星的分析思路宇宙多星的分析思路物理物理角度角度1双星问题双星问题例例4宇宙中两颗相距较近的天体称为宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星双星”,它们以二者连线上的某它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因为万有引力的作用而吸引到一而不至于因为万有引力的作用而吸引到一起起.如图所示如图所示,某双星系统中某双星系统中A,B两颗天体绕
15、两颗天体绕O点做匀速圆周运动点做匀速圆周运动,它们的它们的轨道半径之比轨道半径之比rA rB=1 2,则两颗天体的则两颗天体的()A.质量之比质量之比mA mB=2 1B.角速度之比角速度之比A B=1 2C.线速度大小之比线速度大小之比vA vB=2 1D.向心力大小之比向心力大小之比FA FB=2 1A物理物理物理物理误区警示误区警示(1)双星系统中双星系统中,两星的向心力大小一定相等两星的向心力大小一定相等,等于它们之间的万有引力等于它们之间的万有引力,向心力不会因为两星质量、轨道半径不同而不同向心力不会因为两星质量、轨道半径不同而不同.(2)万有引力定律表达式中的万有引力定律表达式中的
16、r表示双星间的距离表示双星间的距离,此处应该是此处应该是L;而向心而向心力表达式中的力表达式中的r表示它们各自做圆周运动的半径表示它们各自做圆周运动的半径,此处为此处为r1,r2,千万不可千万不可混淆混淆.物理物理B 物理物理物理物理规律总结规律总结(1)多星问题中多星问题中,质量相同的各星处于同一圆轨道上质量相同的各星处于同一圆轨道上,绕某一点做匀速圆绕某一点做匀速圆周运动周运动,或处于同一直线上的三星绕其中一颗做匀速圆周运动或处于同一直线上的三星绕其中一颗做匀速圆周运动,某一星体某一星体所需向心力是其他星体对它万有引力的矢量和所需向心力是其他星体对它万有引力的矢量和.(2)解题时首先明确多
17、星系统中各星体的位置及周期关系解题时首先明确多星系统中各星体的位置及周期关系,再分析各星做再分析各星做匀速圆周运动的向心力的来源和轨道半径匀速圆周运动的向心力的来源和轨道半径.物理物理题组训练题组训练1.两个质量不同的天体构成双星系统两个质量不同的天体构成双星系统,它们以二者连线上的某一点为圆它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动心做匀速圆周运动,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.质量大的天体线速度较大质量大的天体线速度较大B.质量小的天体角速度较大质量小的天体角速度较大C.两个天体的向心力大小相等两个天体的向心力大小相等D.若在圆心处放一个质点若在圆心处放一个质点,它受到的合力为
18、零它受到的合力为零C物理物理物理物理BC 物理物理物理物理真题试做真题试做 模拟演练模拟演练1.(2019北京卷北京卷,18)2019年年5月月17日日,我国成功发射第我国成功发射第45颗北斗导航卫星颗北斗导航卫星,该卫星属于地球静止轨道卫星该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星同步卫星).该卫星该卫星()A.入轨后可以位于北京正上方入轨后可以位于北京正上方B.入轨后的速度大于第一宇宙速度入轨后的速度大于第一宇宙速度C.发射速度大于第二宇宙速度发射速度大于第二宇宙速度D.若发射到近地圆轨道所需能量较少若发射到近地圆轨道所需能量较少D物理物理物理物理2.(2018全国全国卷卷,20)(多选多选)2
19、017年年,人类第一次直接探测到来自双中子人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波星合并的引力波.根据科学家们复原的过程根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约在两颗中子星合并前约100 s时时,它们相距约它们相距约400 km,绕二者连线上的某点每秒转动绕二者连线上的某点每秒转动12圈圈.将两颗中子将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星可以估算出这一时刻两颗中子星()A.质量之积质量之积 B.质量之和质量之和C.速率之和速率之和 D.各自的自
20、转角速度各自的自转角速度BC物理物理物理物理3.(2016天津卷天津卷,3)我国即将发射我国即将发射“天宫二号天宫二号”空间实验室空间实验室,之后发射之后发射“神舟十一号神舟十一号”飞船与飞船与“天宫二号天宫二号”对接对接.假设假设“天宫二号天宫二号”与与“神舟神舟十一号十一号”都围绕地球做匀速圆周运动都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对为了实现飞船与空间实验室的对接接,下列措施可行的是下列措施可行的是()C物理物理A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间实验然后飞船加速追上空间实验室实现对接室实现对接B.使飞船与空间实验
21、室在同一轨道上运行使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等待飞然后空间实验室减速等待飞船实现对接船实现对接C.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空加速后飞船逐渐靠近空间实验室间实验室,两者速度接近时实现对接两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空减速后飞船逐渐靠近空间实验室间实验室,两者速度接近时实现对接两者速度接近时实现对接物理物理解析解析:使飞船与空间实验室在同一轨道上运行使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速然后飞船加
22、速,则向心力则向心力变大变大,飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道,不能实现对接不能实现对接;若空间实验若空间实验室减速室减速,则向心力变小则向心力变小,空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道,不不能实现对接能实现对接,故选项故选项A,B错误错误;要想实现对接要想实现对接,可使飞船在比空间实验室半可使飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速径小的轨道上加速,然后飞船将进入较高的空间实验室轨道然后飞船将进入较高的空间实验室轨道,逐渐靠近空逐渐靠近空间实验室后间实验室后,两者速度接近时实现对接两者速度接近时实现对接,选项选项C正确正确;
23、若飞船在比空间实验若飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速室半径小的轨道上减速,则飞船将进入更低的轨道则飞船将进入更低的轨道,不能实现对接不能实现对接,选项选项D错误错误.物理物理4.(2019福建泉州质检福建泉州质检)(多选多选)如图如图,虚线虚线,分别表示地球卫星的三分别表示地球卫星的三条轨道条轨道,其中轨道其中轨道为与第一宇宙速度为与第一宇宙速度7.9 km/s对应的近地环绕圆轨道对应的近地环绕圆轨道,轨道轨道为椭圆轨道为椭圆轨道,轨道轨道 为与第二宇宙速度为与第二宇宙速度11.2 km/s对应的脱离轨对应的脱离轨道道,a,b,c三点分别位于三条轨道上三点分别位于三条轨道上,b点为轨道点为轨道的远地点的远地点,b,c点与地心的点与地心的距离均为轨道距离均为轨道 半径的半径的2倍倍,则则()CD物理物理物理物理物理物理点击进入点击进入 课时作业课时作业
