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高考物理专题复习:人造卫星变轨问题专题

高考物理专题复习:人造卫星变轨问题专题
高考物理专题复习:人造卫星变轨问题专题

高考物理专题复习:

人造卫星变轨问题专题

随着我国航天事业的蓬勃发展,高考对天体运动及宇宙航行的考查也逐渐成热点,然而在复习中许多同学对于万有引力在天体运动中的运动仍有许多困惑,其中有不少同学对于人造卫星的变轨问题模糊不清,在此针对上述问题,将个人在卫星变轨问题上的处理与同行共享,希望能够对二轮复习有所帮助,不妥之处,还望指正。

一、人造卫星基本原理

绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM

r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定,一旦卫星发生变轨,即轨道半径r 发生变化,上述物理量都将随之变化。同理,只要上述物理量之一发生变化,另外几个也必将随之变化。

二、在高中物理中,会涉及到人造卫星的两种变轨问题。

1、渐变

由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。

解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径是增大还是减小,然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。

如:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持(即通过启动星上小型火箭,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的速度),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。

由于这种变轨的起因是阻力,阻力对卫星做负功,使卫星速度减小,所需要的向心力r

m v 2

减小了,而万有引力大小2r GMm 没有变,因此卫星将做向心运动,即半径r 将减

小。

由㈠中结论可知:卫星线速度v 将增大,周期T 将减小,向心加速度a 将增大。

2、突变 由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,使其到达预定的目标。 如:发射同步卫星时,通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ,使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v 1,第一次在P 点点火加速,在短时间

内将速率由v 1增加到v 2,使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ;卫星运行

到远地点Q 时的速率为v 3,此时进行第二次点火加速,在短时间内将

速率由v 3增加到v 4,使卫星进入同步轨道Ⅲ,绕地球做匀速圆周运动。 第一次加速:卫星需要的向心力r

m v 2增大了,但万有引力2r GMm 没变,因此卫星将开始做离心运动,进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。点火过程中卫星的线速度增大。

在转移轨道上,卫星从近地点P 向远地点Q 运动过程只受重力作用,重力做负功,速度减小。在远地点Q 时如果不进行再次点火,卫星将继续沿椭圆轨道运行,从远地点Q 回到近地点P ,不会自动进入同步轨道。这种情况下卫星在Q 点受到的万有引力大于以速率v 3沿同步轨道运动所需要的向心力,因此卫星做向心运动。

为使卫星进入同步轨道,在卫星运动到Q 点时必须再次启动卫星上的小火箭,短时

间内使卫星的速率由v 3增加到v 4,使它所需要的向心力r

m v 24增大到和该位置的万有引力相等,这样就能使卫星进入同步轨道Ⅲ而做匀速圆周运动。

结论是:要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道,即增大轨道半径(增大轨道高度h ),一定要给卫星增加能量。

三、练习题

1.如图,地球赤道上山丘e ,近地资源卫星p 和同步通信卫星q 均在赤道平面上绕地球做匀速圆周运动。设e 、p 、q 的圆周运动速率

分别为v 1、v 2、v 3,向心加速度分别为a 1、a 2、a 3,则

A .v 1>v 2>v 3

B .v 1

C .a 1>a 2>a 3

D .a 1

2.据报道,“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形工作轨道距月球表面分别约

为200km 和100km ,运行速率分别为v 1和v 2。那么,v 1和v 2的比值为(月球半径取1700km )

A .1819

B .1819

C .19

18 D .1918 3.我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆

轨道飞行,后在远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米的圆

轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是

A .飞船变轨前后的速度相等

B .飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于超重状态

C .飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度

D .飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度

4.2009年2月11日,俄罗斯的“宇宙—2251”卫星和美国“铱—33”卫星在西伯利亚

上空约805km 处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片,绕地球运动的轨道都是圆,甲的运行速率比乙的大,则下列说法中正确的是

A .甲的运行周期一定比乙的长

B .甲距地面的高度一定比乙的高

C .甲的向心力一定比乙的小

D .甲的加速度一定比乙的大

5.近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T 1和T 2。设在卫星l 、卫星

2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g 1、g 2,则 A . B . C . D .

6.航天飞机在完成对哈勃太间望远镜的维修任务后,在A 点短时间开动小型发动机进

行变轨,从圆形轨道Ⅰ进入椭圆道Ⅱ,B 为轨道Ⅱ上的一点,如图所示。下列说法中正确的有

A .在轨道Ⅱ上经过A 的机械能大于经过

B 的机械能 B .在A 点短时间开动发动机后航天飞机的动能增大了

C .在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期

D .在轨道Ⅱ上经过A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度

7.我国“嫦娥一号”探月卫星发射后,先在“24一圈需要24小时);然后,经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”;最后奔向月球。如果按圆形轨道计算,并忽略卫星质量的变化,则在每次变轨完成后与变轨前相比,

A .卫星速度增大,角速度减小

B .卫星速度增大,角速度增大

C .卫星速度减小,角速度增加

D .卫星速度减小,角速度减小

8、发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送人同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,如图所示,,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是

A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B .卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度

C .卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度

D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度

9、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动,若飞船想与前面的空间站对接,飞船为了追上轨道空间站,可采取的方法是

342121???? ??=T T g g 341221???? ??=T T g g 21221???? ??=T T g g 22121???? ??=T T g g

A. 飞船加速直到追上空间站,完成对接

B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道,再加速追上空间站完成对接

C. 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接

D. 无论飞船采取何种措施,均不能与空间站对接

10、人造地球卫星在轨道半径较小的轨道A 上运行时机械能为E A ,它若进入轨道半径较大的轨道B 运行时机械能为E B ,在轨道变化后这颗卫星( )

A 、动能减小,势能增加,E

B >E A B 、动能减小,势能增加,E B =E A

C 、动能减小,势能增加,E B <E A

D 、动能增加,势能增加,

E B >E A

11、(09·山东·18)2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行,后在

远地点343千米处点火加速,由椭圆轨道变成高度为343千米

的圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判

断正确的是 ( )

A .飞船变轨前后的机械能相等

B .飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态

C .飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度

D .飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度

12、我国未来将建立月球基地,并在绕月轨道上建造空间站.如图所示,关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近,并将与空间站在B 处对接.已知空间站绕月轨道半径为r ,周期为T ,万有引力常量为G A .图中航天飞机在飞向B 处的过程中,月球引力做正功

B .航天飞机在B 处由椭圆轨道可直接进入空间一站轨道

C .根据题中条件可以算出月球质量

D .根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小

A

轨道2

2018_2019学年高中物理第三章万有引力定律及其应用微型专题4卫星变轨问题和双星问题学案粤教版必

微型专题4 卫星变轨问题和双 星问题 知识目标核心素养 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. 1.掌握卫星变轨的实质及蕴含的思想方法. 2.掌握“双星”的特点,建立“双星”问题 模型. 一、人造卫星的发射、变轨与对接 1.发射问题 要发射人造卫星,动力装置在地面处要给卫星一很大的发射初速度,且发射速度v>v1=7.9 km/s,人造卫星做离开地球的运动;当人造卫星进入预定轨道区域后,再调整速度,使F引=F向,即G Mm r2 =m v2 r ,从而使卫星进入预定轨道. 2.卫星的变轨问题 卫星变轨时,先是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化,进而使轨道半径r发生变化. (1)当卫星减速时,卫星所需的向心力F向=m v2 r 减小,万有引力大于所需的向心力,卫星将做

近心运动,向低轨道变迁. (2)当卫星加速时,卫星所需的向心力F 向=m v 2 r 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,向高轨道变迁. 以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据. 3.飞船对接问题 (1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图1甲所示,低轨道飞船通过合理地加速,沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接. 图1 (2)同一轨道飞船与空间站对接 如图乙所示,后面的飞船先减速降低高度,再加速提升高度,通过适当控制,使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度. 例1 如图2所示为卫星发射过程的示意图,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再一次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法中正确的是( ) 图2 A .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B .卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期 C .卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 答案 B 解析 卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时有: G Mm r 2=m v 2 r ,v =GM r 因为r 1<r 3,所以v 1>v 3,A 项错误. 由开普勒第三定律知T 3>T 2,B 项正确. 在Q 点从轨道1到轨道2需要做离心运动,故需要加速. 所以在Q 点v 2Q >v 1Q ,C 项错误.

高考物理二轮复习重点及策略

2019高考物理二轮复习重点及策略 一、考点网络化、系统化 通过知识网络结构理解知识内部的联系。因为高考试题近年来突出对物理思想本质、物理模型及知识内部逻辑关系的考察。 例如学习电场这章知识,必须要建立知识网络图,从电场力和电场能这两个角度去理解并掌握。 二、重视错题 错题和不会做的题,往往是考生知识的盲区、物理思想方法的盲区、解题思路的盲区。所以考生要认真应对高三复习以来的错题,问问自己为什么错了,错在哪儿,今后怎么避免这些错误。分析错题可以帮助考生提高复习效率、巩固复习成果,反思失败教训,及时在高考前发现和修补知识与技能方面的漏洞。充分重视通过考试考生出现的知识漏洞和对过程和方法分析的重要性。很多学生不够重视错题本的建立,都是在最后关头才想起要去做这件事情,北京新东方一对一的老师都是非常重视同时也要求学生一定要建立错题本,在大考对错题本进行复习,这样的效果和收获是很多同学所意想不到的。 三、跳出题海,突出高频考点 例如电磁感应、牛二定律、电学实验、交流电等,每年会考到,这些考点就要深层次的去挖掘并掌握。不要盲区的去大

量做题,通过典型例题来掌握解题思路和答题技巧;重视“物理过程与方法”;重视数学思想方法在物理学中的应用;通过一题多问,一题多变,一题多解,多题归一,全面提升分析问题和解决问题的能力;通过定量规范、有序的训练来提高应试能力。 四、提升解题能力 1、强化选择题的训练 注重对基础知识和基本概念的考查,在选择题上的失手将使部分考生在高考中输在起跑线上,因为选择题共48分。所以北京新东方中小学一对一盛海清老师老师建议同学们一定要做到会的题目都拿到分数,不错过。 2、加强对过程与方法的训练,提高解决综合问题的应试能力 2019年北京高考命题将加大落实考查“知识与技能”、“过程与方法”的力度,更加注重通过对解题过程和物理思维方法的考查来甄别考生的综合能力。分析是综合的基础,分析物理运动过程、条件、特征,要有分析的方法,主要有:定性分析、定量分析、因果分析、条件分析、结构功能分析等。在处理复杂物理问题是一般要定性分析可能情景、再定量分析确定物理情景、运动条件、运动特征。 如物体的平衡问题在力学部分出现,学生往往不会感到困难,在电场中出现就增加了难度,更容易出现问题的是在电

第七章 卫星变轨问题和双星问题—人教版(2019)高中物理必修第二册检测

卫星变轨问题和双星问题 课后练习题 一、选择题 1. 1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动.如图1所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2,近地点到地心的距离为r ,地球质量为M ,引力常量为G .则( ) 图1 A.v 1>v 2,v 1=GM r B.v 1>v 2,v 1> GM r C.v 1<v 2,v 1=GM r D.v 1<v 2,v 1> GM r 答案 B 解析 根据开普勒第二定律知,v 1>v 2,在近地点画出近地圆轨道,由GMm r 2=m v 2 r 可知,过近地点做 匀速圆周运动的速度为v =GM r ,由于“东方红一号”在椭圆轨道上运动,所以v 1>GM r ,故B 正确. 2.(2019·北京市石景山区一模)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心做匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.质量大的天体线速度较大

B.质量小的天体角速度较大 C.两个天体的向心力大小一定相等 D.两个天体的向心加速度大小一定相等 答案 C 解析 双星系统的结构是稳定的,故它们的角速度相等,故B 项错误;两个星球间的万有引力提供向心力,根据牛顿第三定律可知,两个天体的向心力大小相等,而天体质量不一定相等,故两个天体的向心加速度大小不一定相等,故C 项正确,D 错误;根据牛顿第二定律有: G m 1m 2L 2=m 1ω2r 1,Gm 1m 2L 2 =m 2ω2r 2,其中r 1+r 2=L 故r 1=m 2m 1+m 2L ,r 2=m 1m 1+m 2L ,故v 1v 2=r 1r 2=m 2m 1 故质量大的天体线速度较小,故A 错误. 3.(2019·定州中学期末)如图2,“嫦娥三号”探测器经轨道 Ⅰ 到达P 点后经过调整速度进入圆轨道 Ⅱ,再经过调整速度变轨进入椭圆轨道Ⅲ,最后降落到月球表面上.下列说法正确的是( ) 图2 A.“嫦娥三号”在地球上的发射速度大于11.2 km/s B.“嫦娥三号”由轨道Ⅰ经过P 点进入轨道Ⅱ时要加速 C.“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上经过P 点的速度大于在轨道Ⅱ上经过P 点的速度 D.“嫦娥三号”稳定运行时,在轨道Ⅱ上经过P 点的加速度与在轨道Ⅲ上经过P 点的加速度相等 答案 D 4. 如图3所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时,下列说法中不正确的是( )

高三物理二轮复习策略精选

高三物理二轮复习策略 我们已经顺利结束了高三物理的第一轮复习,在第一轮的复习中,学生大都能掌握物理学中的基本概念、规律及其应用等知识,但较为零散,故学生对知识的综合运用还不够熟练.上周,我们参加了临沂市高三物理后期教学研讨会,通过参加会议,我们学习到在二轮复习中,要以专题复习为主,把整个高中知识网络化、系统化,突出知识的横向联系与延伸、拓展,使学生在第一轮复习的基础上,进一步提高学生运用知识解决物理问题的能力.如何才能在二轮复习中充分利用有限的时间,取得更好的效益?下面结合我们自己的实际情况,谈谈我们在教学工作中的一些做法和几点心得体会,与同行们交流探讨: 【材料选用】 第一:学案组织:我们以市二轮资料为基础,集合多种优秀资料进行优化组合,形成有针对性的习题,以期达到更好的复习效果. 第二:要重视理科综合中物理的定时训练,习题的选择以各地优秀的模拟试题为基础,每周至少一次理科综合训练,一次物理单科定时训练,让学生在一次次的训练中找到速度、时间、准确的切合点,养成规范的审题、答题习惯. 【具体做法】 (一)我们集思广益,制定切实有效的课堂模式 二轮复习与一轮复习不同,它是知识的升华.第二轮复习的任务是把前一阶段中较为凌乱、繁杂的知识系统化、条理化、模块化,建立起知识之间的联系,提高综合运用知识的能力.本阶段进行专题复习,着重进行思维方法与解题技巧的训练. (二)提高审题能力 在物理综合问题的解决上,审题是第一步,也是最关键的一步.通过审题,从题目中获取有用的信息,构建物理模型,分清物理过程,是顺利解题的关键.虽是一种阅读能力,实质上还是理解能力.每次考试总是有人埋怨自己因看错了题而失分,甚至还有一些人对某些题根本看不懂(主要是信息类题,因题干太长,无法

2021年卫星变轨问题错解分析(典型例题详细解析)

卫星变轨问题易错题分析 欧阳光明(2021.03.07) 一、不清楚变轨原因导致错解 分析变轨问题时,首先要让学生弄明白两个问题:一是物体做圆周运动需要的向心力,二是提供的向心力。只有当提供的力能满足它需要的向心力时,即“供”与“需”平衡时,物体才能在稳定的轨道上做圆周运动,否则物体将发生变轨现象——物体远离圆心或靠近圆心。当卫星受到的万有引力不够提供卫星做圆周运动所需的向心力时,卫星将做离心运动,当卫星受到的万有引力大于做圆周运动所需的向心力时卫星将在较低的椭圆轨道上运动,做近心运动。导致变轨的原因是卫星或飞船在引力之外的外力,如阻力、发动机的推力等作用下,使运行速率发生变化,从而导致“供”与“需”不平衡而导致变轨。这是卫星或飞船的不稳定运行阶段,不能用公式分析速度变化和轨道变化的关系。 例一:宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动,若飞船想与前面的空间站对接,飞船为了追上轨道空间站,可采取的方法是() A.飞船加速直到追上空间站,完成对接 B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道,再加速追上空间站完成对接 C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D.无论飞船采取何种措施,均不能与空间站对接

错解:选A 。错误原因分析:不清楚飞船速度变化导致"供"与"需"不平衡而导致出现变轨。 答案:选B 。分析:先开动飞船上的发动机使飞船减速,此时万有引力大于所需要的向心力,飞船做近心运动,到达较低轨 道时,由222()Mm G m r r T π=得2T =小于空间站的周期,飞船运行得要比空间站快。当将要追上空间站时,再开动飞船上的发动机让飞船加速,使万有引力小于所需要的向心力而做离心运动,到达空间站轨道而追上空间站,故B 正确。如果飞船先加速,它受到的万有引力将不足以提供向心力而做离心运动,到达更高的轨道,这使它的周期变长。这样它再减速回到空间站所在的轨道时,会看到它离空间站更远了,因此C 错。 二、不会分析能量转化导致错解 例二:人造地球卫星在轨道半径较小的轨道A 上运行时机械能为E A ,它若进入轨道半径较大的轨道B 运行时机械能为E B ,在轨道变化后这颗卫星() A .动能减小,势能增加,E B >E A B .动能减小,势能增加,E B =E A C .动能减小,势能增加,E B <E A D .动能增加,势能增加, E B >E A

2020高考物理卫星变轨与航天器对接问题(解析版)

2020年高考物理备考微专题精准突破 专题2.8 卫星变轨与航天器对接问题 【专题诠释】 人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨,如图所示,我们从以下几个方面讨论. 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. 2.物理量的定性分析 (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,在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.因在A点加速,则v A>v1,因在B点加速,则v3>v B,又因v1>v3,故有v A>v1>v3>v B. (2)加速度:因为在A点,卫星只受到万有引力作用,故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点,卫星的加速度都相同.同理,从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点时加速度也相同. (3)周期:设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3,轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3,由 开普勒第三定律a3 T2=k可知T1<T2<T3. (4)机械能:在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒.若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3,则E1<E2<E3. 【高考领航】 【2019·江苏高考】1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。则()

A .v 1>v 2,v 1= GM r B .v 1>v 2,v 1> GM r C .v 1 GM r 【答案】 B 【解析】 卫星绕地球运动,由开普勒第二定律知,近地点的速度大于远地点的速度,即v 1>v 2。若卫星以近地点时距地心的距离为半径做圆周运动,则有GMm r 2=m v 2近 r ,得运行速度v 近= GM r ,由于卫星沿椭圆轨道运动,在近地点所需向心力大于万有引力,故m v 2 1r >m v 2近 r ,则v 1>v 近,即v 1> GM r ,B 正确。 【2017·高考全国卷Ⅲ】2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行.与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的( ) A .周期变大 B .速率变大 C .动能变大 D .向心加速度变大 【答案】C 【解析】组合体比天宫二号质量大,轨道半径R 不变,根据GMm R 2=m v 2 R ,可得v = GM R ,可知与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的速率不变,B 项错误;又T =2πR v ,则周期T 不变,A 项错误;质量变大、 速率不变,动能变大,C 项正确;向心加速度a =GM R 2,不变,D 项错误. 【技巧方法】 1.从引力和向心力的关系分析变轨问题 (1)卫星突然加速(通过发动机瞬间喷气实现,喷气时间不计),则万有引力不足以提供向心力,GMm r 2<m v ′2 r , 卫星将做离心运动,变轨到更高的轨道. (2)当卫星突然减速时,卫星所需向心力减小,万有引力大于向心力,卫星变轨到较低的轨道. 2.变轨问题考查的热点 (1)运动参量的比较:两个轨道切点处,加速度由GMm r 2=ma 分析,式中“r ”表示卫星到地心的距离,a 大小 相等;由于变轨时发动机要点火工作,故线速度大小不等. (2)能量的比较:在离心运动过程中(发动机已关闭),卫星克服引力做功,其动能向引力势能转化,机械能保持不变.两个不同的轨道上(圆轨道或椭圆轨道),轨道越高卫星的机械能越大. 【最新考向解码】

高考物理专题复习10 电容器专题

电容器专题 一、例题部分 例题1、如图所示,平行板电容器的两极板A、B接于电池两极,一带正电的小球悬挂在电容器内部,闭合S,电容器充电,这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ.(AD) A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ增大 B.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ不变 C.断开S,将A板向B板靠近,则θ增大 D.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变 例题2、如图所示,让平行板电容器带电后,静电计的指针偏转一定角度,若不改变两极板带的电量而减小两极板间的距离,同时在两极板间插入电介质,那么静电计指针的偏转角度 ( A ) A、一定减小 B、一定增大 C、一定不变 D、可能不变 例题3、如图所示电路中,电源电动势ε=10V,内阻r=1Ω,电容器电容C1=C2=30μF,电阻R1=3Ω,R2=6Ω,开关K先闭合,待电路中电流稳定后再断开K,问断开开关K后,流过电阻R1的电量是多少?A、C两点的电势如何变化?

分析与解:我们从电路上看到,开关由闭合到断开,电容器上的电压发生变化,使电容器所带电量发生变化,这个变化要通过电容的充放电来实现,如果这个充放电电流要经过R 1,那么我们就可以通过电容器带电量的变化来确定通过R 1的电量。当K 断开,稳定后,电路中没有电流,C 1上板与A 点等势,C 点与B 点等势,C 1、C 2两端电压均为电源电动势,所以 Q 1'=C 1ε=30×10-6×10=3.0×10-4 库 Q 2=C 2ε=30×10-6×10 =3.0×10-4库且两电容带电均为上正下负 所以K 断开后C 1继续充电,充电量△Q 1=Q 1'-Q 1=3.0×10-4-1.8×10-4-=1.2×10-4库 这些电荷连同C2所充电量都要通过R 1, 故通过R 1的电量Q=△Q 1+Q 2=1.2×10-4+3.0×10-4=4.2×10-4库 A 点电势U A =10V, C 点电势U C =0V ,所以A 点电势升高,C 点电势降低. 例题4、电源内阻r=2Ω,R 1=8Ω,R 2=10Ω,K 1闭合,K 2断开时,在相距d=70cm ,水平放置的 固定金属板AB 间有一质量m=1.0g ,带电量为q=7×10—5C 的带负电的微粒,恰好静止在 AB 两板中央的位置上,求(1)电源的电动势(2)将K 1断开0.1s 后,又将K 2闭合,微 粒再经过多长时间与极板相碰。(g=10m/s 2) 【解答】(1)V E d E q mg 202=?= (4分) (2))1(/102分s m m mg d E q a =-= m at h 2210521-?==(1分) s m at V /10==(1分) m g V h 05.0220=='距上极板25cm 时V=0粒子不能碰到上极板(2分)

人教版高中物理必修二人造卫星变轨问题专题

人造卫星变轨问题专题 一、人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定,那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k (由线速度大小决定)、重力势能E p (由卫星高度决定)和总机械能E 机(由能量转换情况决定)也是确定的。一旦卫星发生变轨,即轨道半径r 发生变化,上述物理量都将随之变化。同理,只要上述七个物理量之一发生变化,另外六个也必将随之变化。 在高中物理中,会涉及到人造卫星的两种变轨问题。 二、渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。 解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径是增大还是减小,然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 如:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持(即通过启动星上小型火箭,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的速度),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。 由于这种变轨的起因是阻力,阻力对卫星做负功,使卫星速度减小,所需要的向心力r m v 2 减小了,而万有引力大小2 r GMm 没有变,因此卫星将做向心运动,即半径r 将减小。 由㈠中结论可知:卫星线速度v 将增大,周期T 将减小,向心加速度a 将增大,动能E k 将增大,势能E p 将减小,该过程有部分机械能转化为内能(摩擦生热),因此卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功,动能反而增加了呢?这是因为一旦轨道半径减小,在卫星克服阻力做功的同时,万有引力(即重力)将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服大气阻力做的功,外力对卫星做的总功是正的,因此卫星动能增加。 根据E 机=E k +E p ,该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。 再如:有一种宇宙学的理论认为在漫长的宇宙演化过程中,引力常量G 是逐渐减小的。如果这个结论正确,那么恒星、行星将发生离心现象,即恒星到星系中心的距离、行星到恒星间的距离都将逐渐增大,宇宙将膨胀。 三、突变 由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,使其到达预定的目标。 如:发射同步卫星时,通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ,使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v 1,第一次在P 点点火加速,在短时间 内将速率由v 1增加到v 2,使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ;卫星运行 到远地点Q 时的速率为v 3,此时进行第二次点火加速,在短时间内将 速率由v 3增加到v 4,使卫星进入同步轨道Ⅲ,绕地球做匀速圆周运动。 v 2 v 3 v 4 v 1 Q P Ⅰ Ⅲ Ⅱ

人造卫星基本原理

人造卫星的基本原理 参考、摘录自——王冈 曹振国《人造卫星原理》 一、关于椭圆轨道 在地球引力的作用下,要使物体环绕地球作圆周运动,那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等,则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力,这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度(作圆周运动时的速度)大得越多,椭圆轨道就越“扁长”,直到达到第二宇宙速度,物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。 因为发射卫星和飞船时,入轨点的速度控制不可能绝对精确,速度大小的微小偏离,和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差,都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形,椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。 二、卫星运动轨道的几何描述 尽管开普勒定律阐明的是行星绕太阳的轨道运动,它们可以用于任意二体系统的运动,如地球和月亮,地球和人造卫星等。 假定地球中心O 在椭圆的一个焦点上 a ——椭圆的半长轴 b ——椭圆的半短轴 >11.2km/s-抛物线 >16.7km/s-双曲线

c e ——偏心率 a c e = P e ——近地点 A p ——远地点 P ——半通径)1(2 2 e a a b P -== Y w ——轴与椭圆交点的坐标 f ——真近点角,近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角 E ——偏近点角 只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数:a ,e 等,卫星在椭圆轨道上任一点(r )处的速度就可以计算出来: )12( a r v - = μ 其中2μ=GM (地心万有引力常数) 椭圆轨道上任一点处的向径r 为:)cos 1(E e a r -= 近地点向径:)1(e a r p -= 远地点向径:)1(e a r A += 所以,近地点r 最小,卫星速度最大e e a v -+? = 112 μ 远地点r 最大,卫星速度最小e e a v +-? = 112 μ 卫星或飞船入轨点处的速度,通常就是近地点的速度,这个速度一般要比当地的环绕速度要大;而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。 圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r ,所以 r GM r v = = 2 μ A

2019年高考物理专题复习:力学题专题

力学题的深入研究 最近辅导学生的过程中,发现几道力学题虽然不是特别难,但容易错,并且辅导书对这几道题或语焉不详,或似是而非,或浅尝辄止,本文对其深入研究,以飨读者。 【题1】(1)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图1所示。打点计时器电源的频率为50Hz 。 ○ 1通过分析纸带数据,可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。 ○ 2计数点5对应的速度大小为 m/s ,计数点6对应的速度大小为 m/s 。(保留三位有效数字)。 ○3物块减速运动过程中加速度的大小为a = m/s 2,若用a g 来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g 为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值 (填“偏大”或“偏小”)。 【原解析】一般的辅导书是这样解的: ①和②一起研究:根据T s s v n n n 21++=,其中s T 1.050 15=?=,得

1.0210)01.1100.9(25??+=-v =s m /00.1,1 .0210)28.1201.11(2 6??+=-v =s m /16.1, 1 .0210)06.1028.12(2 7??+=-v =s m /14.1,因为56v v >,67v v <,所以可判断物块在两相邻计数点6和7之间某时刻开始减速。 这样解是有错误的。其中5v 是正确的,6v 、7v 是错误的。因为公式T s s v n n n 21++=是匀变速运动的公式,而在6、7之间不是匀变速运动了。 第一问应该这样解析: ①物块在两相邻计数点6和7之间某时刻开始减速。 根据1到6之间的cm 00.2s =?,如果继续做匀加速运动的话,则6、7之间的距离应该为01.1300.201.11s 5667=+=?+=s s ,但图中cm s 28.1267=,所以是在6和7之间开始减速。 第二问应该这样解析: ②根据1到6之间的cm 00.2s =?,加速度s m s m T s a /00.2/1 .01000.222 2=?=?=- 所以s m aT v v /20.11.000.200.156=?+=+=。 因为s m T s s v /964.01 .0210)61.866.10(22 988=??+=+=- aT v v -=87=s m /16.11.0)2(964.0=?--。 ③ 首先求相邻两个相等时间间隔的位移差,从第7点开始依次为,cm s 99.161.860.101=-=?,cm s 01.260.661.82=-=?, cm s 00.260.460.63=-=?,求平均值cm s s s s 00.2)(3 1321=?+?+?=?,所以加速度222 2/.1 .01000.2s m T s a -?=?==2/00.2s m 根据ma =mg μ,得g a μ=这是加速度的理论值,实际上'ma f mg =+μ(此式中f 为纸带与打点计时器的摩擦力),得m f g a + =μ',这是加速度的理论值。因为a a >'所以g a =μ的测量值偏大。

高一物理必修二第六章 专题强化4 卫星变轨问题和双星问题---学生版

专题强化4 卫星变轨问题和双星问题--学生版 [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. 一、人造卫星的变轨问题 1.变轨问题概述 (1)稳定运行 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 Mm r 2=m v 2r . (2)变轨运行 卫星变轨时,先是线速度v 发生变化导致需要的向心力发生变化,进而使轨道半径r 发生变化. ①当卫星减速时,卫星所需的向心力F 向=m v 2 r 减小,万有引力大于所需的向心力,卫星将做近心运动,向低轨道变迁. ②当卫星加速时,卫星所需的向心力F 向=m v 2 r 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,向高轨道变迁. 2.实例分析 (1)飞船对接问题 飞船与在轨空间站对接 先使飞船位于较低轨道上,然后让飞船合理地加速,使飞船沿椭圆轨道做离心运动,追上高轨道飞船完成对接(如图1甲所示). 注意:若飞船和空间站在同一轨道上,飞船加速时无法追上空间站,因为飞船加速时,将做离心运动,从而离开这个轨道. 通常先使后面的飞船减速降低高度,再加速提升高度,通过适当控制,使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度,如图乙. 图1

(2)同步卫星的发射、变轨问题 如图2所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,在Q 点点火加速做离心 运动进入椭圆轨道2,在P 点点火加速,使其满足GMm r 2=m v 2r ,进入同步圆轨道3做圆周运动. 图2 例1 (2019·通许县实验中学期末)如图3所示为卫星发射过程的示意图,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再一次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法中正确的是( ) 图3 A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期 C.卫星在轨道1上经过Q 点时的速率大于它在轨道2上经过Q 点时的速率 D.卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度 针对训练 (多选)(2019·定远育才实验学校期末)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B 为轨道Ⅱ上的一点,如图4所示.关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( ) 图4 A.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于经过B 点的速度 B.在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的速度 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D.在轨道Ⅱ上经过A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度

高考物理二轮复习攻略

2019高考物理二轮复习攻略 物理在绝大多数的省份既是会考科目又是高考科目,在高中的学习中占有重要地位。以下是查字典物理网为大家整理的高考物理二轮复习攻略,希望可以解决您所遇到的相关问题,加油,查字典物理网一直陪伴您。 一、知识板块:以小综合为主,不求大而全 第一轮复习基本上都是以单元,章节为体系。侧重全面弄懂基本概念,透彻理解基本规律,熟练运用基本公式解答个体类物理问题。综合应用程度不太高。实际上知识与技能的综合是客观存在,所以,我们因势利导把知识进行适当综合。但要循序渐进,以小综合为主,不求一步到位的大而全。 所谓小综合,就是大家一眼就能审视出一个问题涉及那两个知识点,可能用到那几个物理公式的。譬如: 1.力和物体的运动综合问题(力的平衡、直线运动、牛顿定律、平抛运动、匀速圆周运动); 2.万有引力定律的应用问题; 3.机械振动和机械波; 4.动能定理与机械能守恒定律; 5.气体性质问题; 6.带电粒子在电场中的直线运动(匀速、匀加速、匀减速、往复运动),曲线运动(类平抛、圆周运动); 7.直流电路分析问题:①动态分析,②故障分析;

8.电磁感应中的综合问题:①导体棒切割磁感线(单根、双根、U形导轨、形导轨、O形导轨;导轨水平放置、竖直放置、倾斜放置等各种情景),②闭合线圈穿过有界磁场(线圈有正方形、矩形、三角形、圆形、梯形等),(有边界单个磁场,有分界衔接磁场)、(线圈有竖直方向穿过、水平方向穿过等各种情景); 9.物理实验专题复习:①应用性实验,②设计性实验,③探究性实验; 10.物理信息给予题(新概念、新规律、数据、表格、图像等) 11.联系实际新情景题(文字描述新情景、图字展现新情景、建物理模型,重物理过程分析); 12.常用的几种物理思维方法; 13.物理学习中常用的物理方法。 二、方法板块:以基本方法为主,不哗众取宠 分析研究和解答物理问题,离不开物理思想,这种思想直觉反应是思维方法。平时学习中大家已经接触和应用过多种方法,但仍是比较零乱的。因此,有必要适当地加于归纳总结,能知道一些方法的适用情况,区别普遍性与特殊性。其中要以基本方法为主。即必须掌握,熟练应用且平时用得最多的几种方法。 如受力分析法:从中判断研究对象受几个力,是恒力还是变力;过程分析法:能把较复杂的物理问题分析成若干简单的物理过程从而明确每个分过程该选用什么物理定理定律处理;状态分析法:对于应用守恒规律(机械能守恒、定质量气体状态方程)和物理定理(动能定理)处理的问题,正确选定和确定状态至关重要;控制变量的方法:当研究

高考物理专题复习:人造卫星变轨问题专题

高考物理专题复习: 人造卫星变轨问题专题 随着我国航天事业的蓬勃发展,高考对天体运动及宇宙航行的考查也逐渐成热点,然而在复习中许多同学对于万有引力在天体运动中的运动仍有许多困惑,其中有不少同学对于人造卫星的变轨问题模糊不清,在此针对上述问题,将个人在卫星变轨问题上的处理与同行共享,希望能够对二轮复习有所帮助,不妥之处,还望指正。 一、人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定,一旦卫星发生变轨,即轨道半径r 发生变化,上述物理量都将随之变化。同理,只要上述物理量之一发生变化,另外几个也必将随之变化。 二、在高中物理中,会涉及到人造卫星的两种变轨问题。 1、渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢,卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。 解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径是增大还是减小,然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 如:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持(即通过启动星上小型火箭,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的速度),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。 由于这种变轨的起因是阻力,阻力对卫星做负功,使卫星速度减小,所需要的向心力r m v 2 减小了,而万有引力大小2r GMm 没有变,因此卫星将做向心运动,即半径r 将减

高考物理专题复习讲义

动量 知识网络: 单元切块: 按照考纲的要求,本章内容可以分成两部分,即:动量、冲量、动量定理;动量守恒定律。其中重点是动量定理和动量守恒定律的应用。难点是对基本概念的理解和对动量守恒定律的应用。 动量冲量动量定理 教学目标: 1.理解和掌握动量及冲量概念; 2.理解和掌握动量定理的内容以及动量定理的实际应用; 3.掌握矢量方向的表示方法,会用代数方法研究一维的矢量问题。 教学重点:动量、冲量的概念,动量定理的应用 教学难点:动量、冲量的矢量性 教学方法:讲练结合,计算机辅助教学 教学过程: 一、动量和冲量 1.动量 按定义,物体的质量和速度的乘积叫做动量:p=mv (1)动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。

(2)动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。 (3)动量的相对性:由于物体的速度与参考系的选取有关,所以物体的动量也与参考系选取有关,因而动量具有相对性。题中没有特别说明的,一般取地面或相对地面静止的物体为参考系。 2.动量的变化: = ? p-' p p 由于动量为矢量,则求解动量的变化时,其运算遵循平行四边形定则。 (1)若初末动量在同一直线上,则在选定正方向的前提下,可化矢量运算为代数运算。 (2)若初末动量不在同一直线上,则运算遵循平行四边形定则。 【例1】一个质量为m=40g的乒乓球自高处落下,以速度v=1m/s碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为v'=0.5m/s。求在碰撞过程中,乒乓球动量变化为多少? 2.冲量 按定义,力和力的作用时间的乘积叫做冲量:I=Ft (1)冲量是描述力的时间积累效应的物理量,是过程量,它与时间相对应。 (2)冲量是矢量,它的方向由力的方向决定(不能说和力的方向相同)。如果力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。如果力的方向在不断变化,如绳子拉物体做圆周运动,则绳的拉力在时间t内的冲量,就不能说是力的方向就是冲量的方向。对于方向不断变化的力的冲量,其方向可以通过动量变化的方向间接得出。 (3)高中阶段只要求会用I=Ft计算恒力的冲量。对于变力的冲量,高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求。 (4)要注意的是:冲量和功不同。恒力在一段时间内可能不作功,但一定有冲量。 【例2】质量为m的小球由高为H的光滑固定斜面顶端无初速滑到底端过程中,重力、弹力、合力的冲量各是多大? m 点评:特别要注意,该过程中弹力虽然不做功,但对物体有冲量。 二、动量定理 1.动量定理 物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。既I=Δp (1)动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。

2015年高考物理拉分题专项训练 专题13 卫星变轨问题分析(含解析)

2015年高考物理拉分题专项训练 专题13 卫星变轨问题分析(含解析) 一、人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r 确定后,与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GM r T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。如果卫星的质量也确定,那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k (由线速度大小决定)、重力势能E p (由卫星高度决定)和总机械能E 机(由能量转换情况决定)也是确定的。一旦卫星发生变轨,即轨道半径r 发生变化,上述物理量都将随之变化。同理,只要上述七个物理量之一发生变化,另外六个也必将随之变化。 在高中物理中,会涉及到人造卫星的两种变轨问题。 二、渐变 由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化(逐渐增大或逐渐减小),由于半径变化缓慢, 卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。 解决此类问题,首先要判断这种变轨是离心还是向心,即轨道半径是增大还是减小,然后再判断卫星 的其他相关物理量如何变化。 如:人造卫星绕地球做匀速圆周运动,无论轨道多高,都会受到稀薄大气的阻力作用。如果不及时进 行轨道维持(即通过启动星上小型火箭,将化学能转化为机械能,保持卫星应具有的速度),卫星就会自动变轨,偏离原来的圆周轨道,从而引起各个物理量的变化。 由于这种变轨的起因是阻力,阻力对卫星做负功,使卫星速度减小,所需要的向心力r m v 2 减小了,而万有引力大小2 r GMm 没有变,因此卫星将做向心运动,即半径r 将减小。 由㈠中结论可知:卫星线速度v 将增大,周期T 将减小,向心加速度a 将增大,动能E k 将增大,势能 E p 将减小,该过程有部分机械能转化为内能(摩擦生热),因此卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功,动能反而增加了呢?这是因为一旦轨道半径减小,在卫星克服阻力做功的同时,万有引力(即重力)将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服大气阻力做的功,外力对卫星做的总功是正的,因此卫星动能增加。 根据E 机=E k +E p ,该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。 再如:有一种宇宙学的理论认为在漫长的宇宙演化过程中,引力常量G 是逐渐减小的。如果这个结论 正确,那么恒星、行星将发生离心现象,即恒星到星系中心的距离、行星到恒星间的距离都将逐渐增大,宇宙将膨胀。

3.《人造卫星 宇宙速度》教案

4.人造卫星宇宙速度 【教学目标】 1.知识与技能 (1)简单了解航天发展史,了解人造卫星的有关知识 (2)分析人造卫星的运动规律,能用所学知识求解卫星基本问题。 (3)掌握三个宇宙速度的物理意义,会推导第一宇宙速度 2.过程与方法 (1)培养学生在处理实际问题时,如何构建物理模型的能力 (42)学习科学的思维方法,培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。 3.情感态度与价值观 介绍世界及我国航天事业的发展现状,激发学习科学,热爱科学的激情,增强民族自信心和自豪感。 【教学重点】 1、对宇宙速度的理解,第一宇宙速度的推导。 2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力的进行相关计算 【教学难点】 对运行速度及发射速度的理解与区分。学习本节要注意抓住人造卫星运动特点,结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。 【教学方法】 把握几个典型问题,掌握解决问题的一般方法 【教学过程】 第一课时 一、引入课题 仰望星空,浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想,千百年来,人类一直向往能插上翅膀飞出地球,去探索宇宙的奥秘,李白的“俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情?到今天这一梦想实现了吗? 世界上第一颗人造卫星的发射,揭开了人类探索宇宙的新篇章。 二、新课 1.简介人造卫星的发展史 世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的?我国哪一年发射了自己的人造卫星?迄今我国共发射了多少颗人造卫星?(从1970年4月24日东方红一号的成功发射,到2007年10月24日嫦娥一号发射,我国发射人造卫星和其他探测器60多个,他们分别在通信,气象,探测,导航等多个领域发挥着重要作用) 通过展示图片介绍我国发射人造卫星的基本情况,包括数量,种类,用途。 2.人造卫星的规律 (1)定性分析人造卫星的运行规律 问:现在我们地球上空有这么多卫星,他们运行的速度一样吗?他们是怎样被发射升空的? 观察:我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据(见下表): 思考:(1)不同卫星的其运行轨道相同吗? (2)不同的卫星运行时有什么规律? (3)你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗? 教师引导学生讨论发现规律:

高考物理一轮复习各专题复习题及答案解析

运动的描述与匀变速直线运动课时作业 课时作业(一)第1讲描述直线运动的基本概念 时间/40分钟 基础达标 图K1-1 1.[2018·杭州五校联考]智能手机上装载的众多APP软件改变着我们的生活.如图K1-1所示为某地图APP软件的一张截图,表示了某次导航的具体路径,其推荐路线中有两个数据:10分钟,5.4公里.关于这两个数据,下列说法正确的是() A.研究汽车在导航图中的位置时,可以把汽车看作质点 B.10分钟表示的是某个时刻 C.5.4公里表示此次行程的位移的大小 D.根据这两个数据,我们可以算出此次行程的平均速度的大小 2.[2018·河北唐山统测]下列关于加速度的说法正确的是() A.加速度恒定的运动中,速度大小恒定 B.加速度恒定的运动中,速度的方向恒定不变 C.速度为零时,加速度可能不为零 D.速度变化率很大时,加速度可能很小 3.如图K1-2所示,哈大高铁运营里程为921公里,设计时速为350公里.某列车到达大连北站时刹车做匀减速直线运动,开始刹车后第5s内的位移是57.5m,第10s内的位移是32.5m,已知10s末列车还未停止运动,则下列说法正确的是 ()

图K1-2 A.在研究列车从哈尔滨到大连所用时间时不能把列车看成质点 B.921公里是指位移 C.列车做匀减速直线运动时的加速度大小为6.25m/s2 D.列车在开始刹车时的速度为80m/s 4.下表是四种交通工具做直线运动时的速度改变情况,下列说法正确的是 () A.①的速度变化最大,加速度最大 B.②的速度变化最慢 C.③的速度变化最快 D.④的末速度最大,但加速度最小 5.一个质点做方向不变的直线运动,加速度的方向始终与速度的方向相同,但加速度大小先保持不变,再逐渐减小直至为零,则在此过程中() A.速度先逐渐增大,然后逐渐减小,当加速度减小到零时,速度达到最小值 B.速度先均匀增大,然后增大得越来越慢,当加速度减小到零时,速度达到最大值 C.位移逐渐增大,当加速度减小到零时,位移将不再增大 D.位移先逐渐增大,后逐渐减小,当加速度减小到零时,位移达到最小值 图K1-3 6.如图K1-3所示,一小球在光滑水平面上从A点开始向右运动,经过3s与距离A点6m的竖直墙壁碰撞,碰撞时间很短,可忽略不计,碰后小球按原路以原速率返回.取小球在A点时为计时起点,并且取水平向右的方向为正方向,则小球在7s内的位移和路程分别为() A.2m,6m B.-2m,14m

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