高考物理考前專題突破專題天體運動與人造衛(wèi)星(已修改)
2025-06-19 23:51 本頁面
【正文】 天體運動與人造衛(wèi)星一、重要地位：不能正確區(qū)分衛(wèi)星種類導致理解混淆 人造衛(wèi)星按運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；按科學用途可分為氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、科學衛(wèi)星、應(yīng)用衛(wèi)星和技術(shù)試驗衛(wèi)星。由于不同稱謂的衛(wèi)星對應(yīng)不同的規(guī)律與狀態(tài)，而學生對這些分類名稱與所學教材中的衛(wèi)星知識又不能吻合對應(yīng)，因而導致理解與應(yīng)用上的錯誤。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做勻速圓周運的星體，叫做雙星．雙星中兩顆子星相互繞著旋轉(zhuǎn)可看作勻速圓周運動，其向心力由兩恒星間的萬有引力提供．由于引力的作用是相互的，所以兩子星做圓周運動的向心力大小是相等的，因兩子星繞著連線上的一點做圓周運動，所以它們的運動周期是相等的，角速度也是相等的，線速度與兩子星的軌道半徑成正比．（三）運用力學規(guī)律研究衛(wèi)星問題的思維基礎(chǔ)： ①光年，是長度單位，1光年= 1012千米②認為星球質(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），自轉(zhuǎn)周期是一天（約24小時）。④月球繞地球運行周期是一個月（約28天，折合672小時；） ⑤圍繞地球運行飛船內(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，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)星在運行過程中要受到空氣阻力，動能要變小，速率要變小，軌道要降低，即半徑變小。⑦視天體的運動近似看成勻速圓周運動，其所需向心力都是來自萬有引力，即應(yīng)用時根據(jù)實際情況選用適當?shù)墓竭M行分析。三、運用力學規(guī)律研究衛(wèi)星問題的基本要點必須區(qū)別開普勒行星運動定律與萬有引力定律的不同（２）萬有引力定律萬有引力定律的內(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。萬有引力定律的公式是：F=， （Ｇ=１０－11牛頓米2／千克2，叫作萬有引力恒量）。萬有引力定律的適用條件是：嚴格來說公式只適用于質(zhì)點間的相互作用，當兩個物體間的距離遠遠大于物體本身大小時公式也近似適用，但此時它們間距離r應(yīng)為兩物體質(zhì)心間距離。引力定律是從行星轉(zhuǎn)動所需要的向心力來源與本質(zhì)上揭示了行星與太陽（或恒星）以及宇宙萬物間的引力關(guān)系，描述的是行星運動的動力學特征與規(guī)律。例1：世界上第一顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球運行軌道的長軸比第二顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球軌道的長軸短8000km, ,求第一顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球軌道的長軸和第二顆人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)的周期（已知地球質(zhì)量Ｍ＝）.【總結(jié)】由于此題中有兩個待求物理量，單純地運用萬有引定律或開普勒行星運動定律難以求解，故而聯(lián)立兩個定律合并求解。同時，再假想有一顆近地衛(wèi)星環(huán)繞地球運行，由萬有引力提供向心力的關(guān)系求出衛(wèi)星的R3/T2，由開普勒第三定律得知所有繞地球運行的衛(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’?！究偨Y(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)量集中于這個重心上，應(yīng)用萬有引力公式求解．這是不正確的．萬有引力存在于宇宙間任何兩個物體之間，但計算萬有引力的簡單公式卻只能適應(yīng)于兩個質(zhì)點或均勻的球體。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算引力。必須區(qū)別開普勒第三行星定律中的常量K與萬有引力定律中常量G的不同萬有引力定律中的常量G的測定不僅證明了萬有引力的存在，更體現(xiàn)了萬有引力定律在天文研究中的巨大價值。（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則是一個與任何因素無關(guān)的普適常量。【解析】 因為行星繞太陽運轉(zhuǎn)需要的向心力是由太陽的萬有引力提供，設(shè)太陽質(zhì)量為M，行星的質(zhì)量為m，行星繞太陽運轉(zhuǎn)軌道的半徑為r，運行周期為T，則，GMm/r2=m4π2r/T2,故，r3/T2=GM/4π2，即，K= GM/4π2。圖44顯然，由于太陽質(zhì)量一定，K的數(shù)值僅由太陽質(zhì)量M決定，與其它因素無關(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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