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1、学科教师辅导讲义学员编号： 年 级：高三 课 时 数：3学员姓名：辅导科目：物理学科教师：授课主题高三-天体运动中的“四大难点”授课类型T同步课堂P实战演练S归纳总结教学目标 近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题。 卫星的变轨问题。 天体运动中的能量问题。 卫星的追及相遇问题。授课日期及时段2016-1-14 8:00-10:00 T（Textbook-Based）同步课堂前情回顾 体系搭建 突破一近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体的三种匀速圆周运动的参量比较 【例1】(多选)如图所示 ，A表示地球同步卫星，B为运行轨道比A低的一颗卫星，C为
2、地球赤道上某一高山山顶上的一个物体，两颗卫星及物体C的质量都相同，关于它们的线速度、角速度、运行周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是()A.vBvAvC B.ABC C.FAFBFC D.TATCTB 【变式训练】 1.(2016江西鹰潭模拟)有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则下列关于卫星的说法中正确的是() A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4 h内转过的圆心角为C.b在相同的时间内转过的
3、弧长最长D.d的运动周期可能是23 h突破二卫星的变轨问题1.变轨原理及过程 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。 (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轨道上。 (2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道。 (3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道。 2.卫星变轨的实质(1)当卫星的速度突然增加时，Gm，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v可知其运行速率比原轨道时增大。卫星的发射和回收就是利用这一原理。【例2】(多选)在完成各项既定任务后，“神舟九号”飞船于20
4、12年6月29日10时许返回地面，主着陆场位于内蒙古四子王旗地区。如图所示，飞船在返回地面时，要在P点从圆形轨道进入椭圆轨道，Q为轨道上的一点，M为轨道上的另一点，关于“神舟九号”的运动，下列说法中正确的有() A.飞船在轨道上经过P的速度小于经过Q的速度 B.飞船在轨道上经过P的速度小于在轨道上经过M的速度 C.飞船在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的周期 D.飞船在轨道上经过P的加速度小于在轨道上经过M的加速度 反思总结 1.变轨的两种情况 2.相关物理量的比较 (1)两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等，图中vvB，vAv。 (2)同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度大小不相等，从远地
5、点到近地点万有引力对卫星做正功，动能增大(引力势能减小)，图中vAvB，EkAEkB，EpAEpB。 (3)两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，v越小，图中vv。 3.卫星的对接 航天飞机与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。 【变式训练】 2.(多选) “神舟十号”飞船于北京时间2013年6月11日17时38分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间6月13日13时18分，实施了与“天宫一号”的自动交会对接。这是“天宫一号”自2011年9月发射入轨以来，第5次与神舟飞船成功实现交会对接。交会对接前“神舟十号”飞船先在
6、较低的圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫一号”对接。如图所示，M、Q两点在轨道1上，P点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。下列关于“神舟十号”变轨过程的描述，正确的是() A.“神舟十号”必须在Q点加速，才能在P点与“天宫一号”相遇 B.“神舟十号”在M点经一次加速，即可变轨到轨道2 C.“神舟十号”在M点变轨后的速度大于变轨前的速度 D.“神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期 突破三天体运动中的能量问题 1.卫星变轨问题的分析，一般包括运动状态与能量的变化，即线速度、角速度、周期以及动能、势能与机械能的变化，通常可以利
7、用万有引力做功，确定动能和势能的变化。若只有万有引力做功，则机械能守恒。 2.卫星速率增大(发动机做正功)会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动能减小，由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足Gm，致使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大；相反，卫星由于速率减小(发动机做负功)会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小。【例3】(多选)(2015广东理综，20)在星球表面发射探测器，当发射速度为v时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到v时，
8、可摆脱星球引力束缚脱离该星球，已知地球、火星两星球的质量比约为101，半径比约为21，下列说法正确的有()A.探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大B.探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大C.探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等D.探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大【变式训练】3.2013年我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程。某航天爱好者提出“玉兔”回家的设想：如图，将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h高度的轨道上，与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接，然后由飞船送“玉兔”返回地球。设“玉兔”质量为m，月球半径为R，月面的重力加速度
9、为g月，以月面为零势能面。“玉兔”在h高度的引力势能可表示为Ep，其中G为引力常量，M为月球质量。若忽略月球的自转，从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功为()A.(h2R) B.(hR)C.(hR) D.(hR)突破四卫星的追及相遇问题 某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，但它们都处在同一条直线上。由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理，而是通过卫星运动的圆心角来衡量，若它们初始位置在同一直线上，实际上内轨道所转过的圆心角与外轨道所转过的圆心角之差为的整数倍时就是出现最近或最远的时刻。 【例4】(多选)(2014新课标全国卷，19)太阳系
10、各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日”。据报道，2014年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示。则下列判断正确的是() 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 轨道半径(AU) 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30 A.各地外行星每年都会出现冲日现象 B.在2015年内一定会出现木星冲日 C.天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半 D.地外行星中，海王
11、星相邻两次冲日的时间间隔最短 反思提升对于天体追及问题的处理思路(1)根据mr2，可判断出谁的角速度大；(2)根据两星追上或相距最近时满足两星运行的角度差等于2的整数倍，相距最远时，两星运行的角度差等于的奇数倍。在与地球上物体追及时，要根据地球上物体与同步卫星角速度相同的特点进行判断。【变式训练】 4.设地球的自转角速度为0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，某人造卫星在赤道上空做匀速圆周运动，轨道半径为r，且r5R，飞行方向与地球的自转方向相同，在某时刻，该人造卫星通过赤道上某建筑物的正上方，则到它下一次通过该建筑物正上方所需要的时间为() A.2 B.C.2 D.P(Practice-
12、Oriented)实战演练实战演练 课堂狙击1.如图所示，a是地球赤道上的一点，t0时刻在a的正上空有b、c、d三颗轨道均位于赤道平面的地球卫星，这些卫星绕地球做匀速圆周运动的运行方向均与地球自转方向(顺时针方向)相同，其中c是地球同步卫星。设卫星b绕地球运行的周期为T，则在t14T时刻这些卫星相对a的位置最接近实际的是() 2.(多选)目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是() A.卫星的动能逐渐减小 B.由于地球引力做正功，引力势能一定减小 C.
13、由于气体阻力做负功，地球引力做正功，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 3.某卫星在半径为r的轨道1上做圆周运动，动能为Ek，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了E，在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为() A.r B.r C.r D.r4.(多选)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，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道，则() A.该卫星在P点的速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s B.卫星在同步轨道上的运行速度大于7.9 km/s C.在轨道上，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
14、轨道进入轨道 5.设金星和地球绕太阳中心的运动是公转方向相同且轨道共面的匀速圆周运动，金星在地球轨道的内侧(称为地内行星)。在某些特殊时刻，地球、金星和太阳会出现在一条直线上，这时候从地球上观测，金星像镶嵌在太阳脸上的小黑痣缓慢走过太阳表面。天文学称这种现象为“金星凌日”。如图所示，2012年6月6日天空上演的“金星凌日”吸引了全世界数百万天文爱好者。假设地球公转轨道半径为R，“金星凌日”每隔t0年出现一次，则金星的公转轨道半径为() A.R B.RC.R D.R 课后反击一、单项选择题1.一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后做匀速圆周运动，动能减小为原来的，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星
