3.4.2 卫星变轨问题 双星问题（课件） (共19张PPT) 高一物理同步精品课堂（教科版2019必修第二册）

(共19张PPT)
3.4.2
卫星变轨问题 双星问题
卫星如果想从轨道1转移到更高的轨道2或者3上运行，如何实现？
卫星如果想从轨道3转移到更低的轨道2或者1上运行，如何实现？
问题
1
2
3
1、卫星的变轨原理
离心运动
无动力运行
向后点火加速
匀速圆周运动
向前点火减速
近心运动
2、变轨过程
（1）低轨道到高轨道：
·
v2
v3
v4
v1
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
低圆轨道(Ⅰ)P点加速
高圆轨道(Ⅲ)
椭圆转移轨道(Ⅱ)Q点加速
离心运动
离心运动
2、变轨过程
（2）高轨道到低轨道：
·
v2
v3
v4
v1
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
高圆轨道(Ⅲ)Q点减速
低圆轨道(Ⅰ)
椭圆转移轨道(Ⅱ)P点减速
近心运动
近心运动
v1
v2
v3
v4
由于技术上的原因，卫星的发射往往要分几个阶段，经过多次变轨后才能定点于预定的位置。
进入同步轨道后的速率为v4。试比较v1、v2、v3、v4的大小，并用小于号将它们排列起来______。
3、速度分析
使卫星进入更高轨道做圆周运动
v3
v4
1
v1
v2
减速，v3>v2
2
3
θ＞900
v
F引
加速v2>v1
加速v4>v3
切点P
切点Q
1、变轨原理：加速离心，减速近心。

注意：变轨时间极短，瞬间即可完成，所以变轨时假定卫星位置不变。
4、加速度分析及变轨问题总结
v1 a1
v2 a2
v3 a3
v4 a4
A
B
嫦娥二号
练习1、（多选）如图在月球附近圆轨道上运行的“嫦娥二号”， 到A点时变为椭圆轨道，B点是近月点，则
Ａ．在A点变轨时，“嫦娥二号”必须突然加速
Ｂ．在A点变轨时，“嫦娥二号”必须突然减速
Ｃ．从A点运动到B点过程中，“嫦娥二号”受到月球的引力减小
Ｄ．从A点运动到B点过程中，“嫦娥二号”速率增大
BD
练习2[多选]如图所示，发射同步卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道(该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步圆轨道上的Q点)，到达远地点Q时再次变轨，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在同步轨道上的速率为v4，三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3，则下列说法正确的是 (　 　)

CD
练习3、[多选]2020年5月8日13时49分，我国新一代载人试验飞船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验取得圆满成功。如图乙所示，飞船在返回地面时，要在P点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，Q为轨道Ⅱ上的一点，M为轨道Ⅰ上的另一点。关于飞船的运动，下列说法正确的有 (　　)
A.飞船在轨道Ⅱ上经过P的速度小于经过Q的速度
B.飞船在轨道Ⅱ上经过P的速度小于在轨道Ⅰ上经过M的速度
C.飞船在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅰ上运动的周期
D.飞船在轨道Ⅱ上经过P的加速度小于在轨道Ⅰ上经过M的加速度
解析：飞船从P点到Q点的过程中，利用开普勒第二定律可知离地球越近速度越大，A正确。
飞船在轨道I做匀速圆周，但是P点需减速才能到轨道II，故轨道II上P点速度小于I上M点速度，B正确。
使用开普勒第三定律：
轨道II的周期小，C错误。
P、M的加速度是由该处万有引力提供，所以两点加速度相等，D错误。
AB
二、双 星 模 型
二、双 星 问 题
L
M1
M2
r1
L-r1
两颗星角速度相同
（1）模型：如图所示，宇宙中两个靠得比较近的天体，不考虑其他天体的引力作用，在彼此间的万有引力作用下绕其连线上的某固定点做匀速圆周运动，称为“双星”模型。
(2)特点：
①各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供
②两颗星的周期及角速度都相同
③两颗星的半径与它们之间的距离关系为r1+r2=L
(3)两颗星到圆心的距离与星体质量成反比，与星体运动的线速度成反比．
问题1．若在双星模型中，图中L、m1、m2、G为已知量，双星运动的质量、轨道半径有何关系？
对m1有
对m2有
①
②
①÷②得：
联立①②③式，得
③
两颗星轨道半径与星体质量成反比
又因为两颗星角速度相同
问题2．若在双星模型中，图中L、m1、m2、G为已知量，双星运动的周期如何表示？
对m1有
对m2有
①
②
④
①+②得：
又因为
③
④
L
M1
M2
r1
L-r1
L
M1
M2
r1
L-r1
r
M
m
F
太阳质量是地球的33万倍
M+m≈M
4.(双星模型)(多选)(2020·广东深圳中学质检)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.根据所学知识，下列说法中正确的是
A.双黑洞的角速度之比ω1∶ω2＝M2∶M1
B.双黑洞的轨道半径之比r1∶r2＝M2∶M1
C.双黑洞的线速度大小之比v1∶v2＝M1∶M2
D.双黑洞的向心加速度大小之比a1∶a2＝M2∶M1
√
跟进训练
3
4
√
图7
BD


5.