高考物理考前專題突破專題天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星(已修改)
2025-06-19 23:51 本頁(yè)面
【正文】 天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星一、重要地位：不能正確區(qū)分衛(wèi)星種類導(dǎo)致理解混淆 人造衛(wèi)星按運(yùn)行軌道可分為低軌道衛(wèi)星、中高軌道衛(wèi)星、地球同步軌道衛(wèi)星、地球靜止衛(wèi)星、太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星、大橢圓軌道衛(wèi)星和極軌道衛(wèi)星；按科學(xué)用途可分為氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、科學(xué)衛(wèi)星、應(yīng)用衛(wèi)星和技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。由于不同稱謂的衛(wèi)星對(duì)應(yīng)不同的規(guī)律與狀態(tài)，而學(xué)生對(duì)這些分類名稱與所學(xué)教材中的衛(wèi)星知識(shí)又不能吻合對(duì)應(yīng)，因而導(dǎo)致理解與應(yīng)用上的錯(cuò)誤。二、突破策略：（一）明確衛(wèi)星的概念與適用的規(guī)律： 重合，只能‘靜止’在赤道上方的特定的點(diǎn)上。④、衛(wèi)星繞行周期與半徑的關(guān)系：由得：即（r越大Ｔ越大），（3）雙星問(wèn)題兩顆靠得很近的、質(zhì)量可以相比的、相互繞著兩者連線上某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)的星體，叫做雙星．雙星中兩顆子星相互繞著旋轉(zhuǎn)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力由兩恒星間的萬(wàn)有引力提供．由于引力的作用是相互的，所以兩子星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小是相等的，因兩子星繞著連線上的一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，所以它們的運(yùn)動(dòng)周期是相等的，角速度也是相等的，線速度與兩子星的軌道半徑成正比．（三）運(yùn)用力學(xué)規(guī)律研究衛(wèi)星問(wèn)題的思維基礎(chǔ)： ①光年，是長(zhǎng)度單位，1光年= 1012千米②認(rèn)為星球質(zhì)量分布均勻，密度，球體體積，表面積③地球公轉(zhuǎn)周期是一年（約365天，折合 8760 小時(shí)），自轉(zhuǎn)周期是一天（約24小時(shí)）。④月球繞地球運(yùn)行周期是一個(gè)月（約28天，折合672小時(shí)；） ⑤圍繞地球運(yùn)行飛船內(nèi)的物體，受重力，但處于完全失重狀態(tài)。B同步軌道地球A圖42⑥發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，火箭要克服地球引力做功。由于地球周圍存在稀薄的大氣，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中要受到空氣阻力，動(dòng)能要變小，速率要變小，軌道要降低，即半徑變小。⑦視天體的運(yùn)動(dòng)近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需向心力都是來(lái)自萬(wàn)有引力，即應(yīng)用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行分析。三、運(yùn)用力學(xué)規(guī)律研究衛(wèi)星問(wèn)題的基本要點(diǎn)必須區(qū)別開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律與萬(wàn)有引力定律的不同（２）萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是：宇宙間一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間的引力大小，跟它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比。萬(wàn)有引力定律的公式是：F=， （Ｇ=１０－11牛頓米2／千克2，叫作萬(wàn)有引力恒量）。萬(wàn)有引力定律的適用條件是：嚴(yán)格來(lái)說(shuō)公式只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身大小時(shí)公式也近似適用，但此時(shí)它們間距離r應(yīng)為兩物體質(zhì)心間距離。引力定律是從行星轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的向心力來(lái)源與本質(zhì)上揭示了行星與太陽(yáng)（或恒星）以及宇宙萬(wàn)物間的引力關(guān)系，描述的是行星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征與規(guī)律。例1：世界上第一顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行軌道的長(zhǎng)軸比第二顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球軌道的長(zhǎng)軸短8000km, ,求第一顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球軌道的長(zhǎng)軸和第二顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期（已知地球質(zhì)量Ｍ＝）.【總結(jié)】由于此題中有兩個(gè)待求物理量，單純地運(yùn)用萬(wàn)有引定律或開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律難以求解，故而聯(lián)立兩個(gè)定律合并求解。同時(shí)，再假想有一顆近地衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行，由萬(wàn)有引力提供向心力的關(guān)系求出衛(wèi)星的R3/T2，由開(kāi)普勒第三定律得知所有繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星的r3/T2值均相等，找出等量關(guān)系即可求解。這種‘虛擬’衛(wèi)星的思路十分重要，也是此題求解的‘切入口’。【總結(jié)】如果先設(shè)法求出挖去球穴后的重心位置，然后把剩余部分的質(zhì)量集中于這個(gè)重心上，應(yīng)用萬(wàn)有引力公式求解．這是不正確的．萬(wàn)有引力存在于宇宙間任何兩個(gè)物體之間，但計(jì)算萬(wàn)有引力的簡(jiǎn)單公式卻只能適應(yīng)于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)或均勻的球體。挖去空穴后的剩余部分已不再是均質(zhì)球了，故不能直接使用上述公式計(jì)算引力。必須區(qū)別開(kāi)普勒第三行星定律中的常量K與萬(wàn)有引力定律中常量G的不同萬(wàn)有引力定律中的常量G的測(cè)定不僅證明了萬(wàn)有引力的存在，更體現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律在天文研究中的巨大價(jià)值。（3）常量K與常量G的關(guān)系： 常量K與常量G有如下關(guān)系，K= GM/4π2，或者G=4π2/GM。K的值由‘中心天體’的質(zhì)量而定，而常量G則是一個(gè)與任何因素?zé)o關(guān)的普適常量?！窘馕觥? 因?yàn)樾行抢@太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)需要的向心力是由太陽(yáng)的萬(wàn)有引力提供，設(shè)太陽(yáng)質(zhì)量為M，行星的質(zhì)量為m，行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半徑為r，運(yùn)行周期為T，則，GMm/r2=m4π2r/T2,故，r3/T2=GM/4π2，即，K= GM/4π2。圖44顯然，由于太陽(yáng)質(zhì)量一定，K的數(shù)值僅由太陽(yáng)質(zhì)量M決定，與其它因素?zé)o關(guān)。這一結(jié)論適用于地球與月球系統(tǒng)，也適用于其它‘中心天體’與‘環(huán)
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