第7章专题---卫星变轨和多星问题—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册学案
文档属性
| 名称 | 第7章专题---卫星变轨和多星问题—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 342.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-02 06:28:05 | ||
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文档简介
学习内容：《
专题---卫星变轨和多星问题
》
总第_____课时
课标核心素养要求
会分析卫星变轨相关问题，了解双星运行规律
学习目标
1.会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星速度的变化.2.掌握双星运动的特点，会分析求解双星运动的周期和角速度．
学习重点
卫星变轨分析，双星运行规律
学习过程
教学笔记
【自主学习】
第一宇宙速度是多少？卫星是如何发射运行的？
【合作学习·难点探究】
任务一、人造卫星的变轨问题
指导：
1、实际高轨卫星发射：
如图，发射卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，在Q点点火加速做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ，在P点点火加速，使其满足＝m，进入圆轨道Ⅲ做圆周运动．
2、三个轨道上运行参量大小的比较
①速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在椭圆轨道Ⅱ上经过Q点和P点时的速率分别为vQ、vP，在Q点加速，则vQ>v1，在P点加速，则v3>vP，又因v1>v3，故有vQ>v1>v3>vP.
②加速度：无论哪个位置，卫星只受万有引力，由＝man，故an＝，同一位置加速度相同，所以不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过Q点，卫星的加速度都相同，同理，经过P点时的加速度也相同．
③周期：设卫星在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运行的周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1【例1】如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则(
)
A．该卫星的发射速度必定大于11.2
km/s，在Ⅱ轨道能量最大
B．卫星在轨道Ⅰ上经过Q点时的加速度等于它在轨道Ⅱ上经过Q点时的加速度
C．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度
D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
E．在轨道Ⅰ上运动的周期最长
【针对训练1】如图所示，地球卫星a、b分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行，椭圆轨道在远地点A处与圆形轨道相切，则(
)
A．卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短
B．两颗卫星分别经过A点处时，a的速度大于b的速度
C．两颗卫星分别经过A点处时，a的加速度小于b的加速度
D．卫星a在A点处通过加速可以到圆轨道上运行
3、变轨对接问题
卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力，即G＝m.，当卫星减速时，卫星所需的向心力F向＝m减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变轨．当卫星加速时，卫星所需的向心力F向＝m增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变轨．
【例2】假设“天宫二号”空间实验室与“神舟十一号”飞船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接，下列措施可行的是(
)
A．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室实现对接
B．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，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，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，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
任务二、能分析双星或多星问题
指导：（1）.双星模型
如图所示，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”.
(2)双星问题的特点：
①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同.
②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供.
③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即
r1＋r2＝L.
(3)双星问题的处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，
（3）多星系统
在宇宙中存在“三星”“四星”等多星系统，在多星系统中：各个星体做圆周运动的周期、角速度相同．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．
【例3】两个靠得很近的天体，离其他天体非常遥远，它们以其连线上某一点O为圆心各自做匀速圆周运动，两者的距离保持不变，科学家把这样的两个天体称为“双星”，如图5所示．已知双星的质量分别为m1和m2，它们之间的距离为L，引力常量为G，求双星的运行轨道半径r1和r2及运行周期T.
【例4】双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动．研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化．若某双星系统中两星做匀速圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时匀速圆周运动的周期为( )
A.T
B.T
C.T
D.T
【达标训练·限时检测】
1、嫦娥三号”卫星从地球发射到月球过程的路线示意图如图所示．关于“嫦娥三号”的说法正确的是( )
A．在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小
B．在Q点由d轨道转变到c轨道时，要加速才能实现(不计“嫦娥三号”的质量变化)
C．在b轨道上，卫星在P点的速度比在R点的速度大
D．“嫦娥三号”在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等
2、设某双星系统中的A、B两星球绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示．若AO>OB，则( )
A．星球A的角速度一定大于星球B的角速度
B．星球A的质量一定小于星球B的质量
C．若双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越大
D．若双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大
【反思总结】
答案
【例1】BCD
【针对训练1】AD
【例2】C
【例3】解析 双星间的万有引力提供了各自做匀速圆周运动的向心力，对m1：＝m1r1ω2
对m2：＝m2r2ω2，且r1＋r2＝L
解得r1＝，r2＝
由G＝m1r1及r1＝得
周期T＝2πL.
【例4】B
【达标训练·限时检测】
1、CD
2、BD
专题---卫星变轨和多星问题
》
总第_____课时
课标核心素养要求
会分析卫星变轨相关问题，了解双星运行规律
学习目标
1.会分析卫星的变轨问题，知道卫星变轨的原因和变轨前后卫星速度的变化.2.掌握双星运动的特点，会分析求解双星运动的周期和角速度．
学习重点
卫星变轨分析，双星运行规律
学习过程
教学笔记
【自主学习】
第一宇宙速度是多少？卫星是如何发射运行的？
【合作学习·难点探究】
任务一、人造卫星的变轨问题
指导：
1、实际高轨卫星发射：
如图，发射卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，在Q点点火加速做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ，在P点点火加速，使其满足＝m，进入圆轨道Ⅲ做圆周运动．
2、三个轨道上运行参量大小的比较
①速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在椭圆轨道Ⅱ上经过Q点和P点时的速率分别为vQ、vP，在Q点加速，则vQ>v1，在P点加速，则v3>vP，又因v1>v3，故有vQ>v1>v3>vP.
②加速度：无论哪个位置，卫星只受万有引力，由＝man，故an＝，同一位置加速度相同，所以不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过Q点，卫星的加速度都相同，同理，经过P点时的加速度也相同．
③周期：设卫星在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运行的周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1
)
A．该卫星的发射速度必定大于11.2
km/s，在Ⅱ轨道能量最大
B．卫星在轨道Ⅰ上经过Q点时的加速度等于它在轨道Ⅱ上经过Q点时的加速度
C．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度
D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
E．在轨道Ⅰ上运动的周期最长
【针对训练1】如图所示，地球卫星a、b分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行，椭圆轨道在远地点A处与圆形轨道相切，则(
)
A．卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短
B．两颗卫星分别经过A点处时，a的速度大于b的速度
C．两颗卫星分别经过A点处时，a的加速度小于b的加速度
D．卫星a在A点处通过加速可以到圆轨道上运行
3、变轨对接问题
卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力，即G＝m.，当卫星减速时，卫星所需的向心力F向＝m减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变轨．当卫星加速时，卫星所需的向心力F向＝m增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变轨．
【例2】假设“天宫二号”空间实验室与“神舟十一号”飞船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接，下列措施可行的是(
)
A．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室实现对接
B．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，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，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，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
任务二、能分析双星或多星问题
指导：（1）.双星模型
如图所示，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”.
(2)双星问题的特点：
①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同.
②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供.
③两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即
r1＋r2＝L.
(3)双星问题的处理方法：双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力，
（3）多星系统
在宇宙中存在“三星”“四星”等多星系统，在多星系统中：各个星体做圆周运动的周期、角速度相同．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．
【例3】两个靠得很近的天体，离其他天体非常遥远，它们以其连线上某一点O为圆心各自做匀速圆周运动，两者的距离保持不变，科学家把这样的两个天体称为“双星”，如图5所示．已知双星的质量分别为m1和m2，它们之间的距离为L，引力常量为G，求双星的运行轨道半径r1和r2及运行周期T.
【例4】双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动．研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化．若某双星系统中两星做匀速圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时匀速圆周运动的周期为( )
A.T
B.T
C.T
D.T
【达标训练·限时检测】
1、嫦娥三号”卫星从地球发射到月球过程的路线示意图如图所示．关于“嫦娥三号”的说法正确的是( )
A．在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小
B．在Q点由d轨道转变到c轨道时，要加速才能实现(不计“嫦娥三号”的质量变化)
C．在b轨道上，卫星在P点的速度比在R点的速度大
D．“嫦娥三号”在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等
2、设某双星系统中的A、B两星球绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示．若AO>OB，则( )
A．星球A的角速度一定大于星球B的角速度
B．星球A的质量一定小于星球B的质量
C．若双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越大
D．若双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大
【反思总结】
答案
【例1】BCD
【针对训练1】AD
【例2】C
【例3】解析 双星间的万有引力提供了各自做匀速圆周运动的向心力，对m1：＝m1r1ω2
对m2：＝m2r2ω2，且r1＋r2＝L
解得r1＝，r2＝
由G＝m1r1及r1＝得
周期T＝2πL.
【例4】B
【达标训练·限时检测】
1、CD
2、BD