【讲与练】高中物理人教版(2019)必修2：第7章核心素养微课3学案.doc

核心素养微课(三)

课题一

卫星的发射、变轨与对接

1．变轨运行分析

(1)卫星绕天体稳定运行时，万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))。

(2)当v增大时，所需向心力meq\f(v2,r)增大，即万有引力不足以提供所需的向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，卫星一旦进入新的轨道运行时，由v＝eq\r(\f(GM,r))，知其运行速度要减小。

(3)当卫星的速度突然减小时，所需向心力meq\f(v2,r)减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做近心运动，同样会脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，进入新轨道运行时，由v＝eq\r(\f(GM,r))，知其运行速度将增大。

2．同步卫星的变轨发射问题

(1)同步卫星的发射过程

发射同步卫星及比较远的卫星一般不采用普通卫星的直接发射方法，而是采用变轨道发射，如图所示，首先，利用第一级火箭将卫星送到180～200km的高空，然后依靠惯性进入停泊轨道1，当到达赤道上空时，第二、三级火箭点火，卫星进入位于赤道平面内的椭圆转移轨道2，且轨道远地点P的高度为35800km，当到达远地点时，卫星启动发动机，然后改变方向进入同步轨道3。

(2)变轨运行各量间的关系

卫星在轨道1上运动到Q点的速度vQ1与在轨道2上运动到Q点的速度vQ2相比vQ2vQ1；而卫星在轨道2上运动到P点的速度vP2与在轨道3上运动到P点的速度vP3相比vP3vP2；据万有引力提供向心力Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(Gm,r))知卫星在轨道1上运动到Q点的速度vQ1与在轨道3上运动到P点的速度vP3相比vQ1vP3，所以有vQ2vQ1vp3vp2，而在Q、P点的加速度有aQ1＝aQ2，aP3＝aP2，因为在不同轨道上的相切点处加速度a＝eq\f(GM,r2)。

3．对接问题

如图所示，飞船首先在低轨道运行，当运行到适当位置时，再加速运行到一个椭圆轨道，控制飞船跟空间站恰好同时运行到两轨道的相切点，便可实现对接。

典例剖析

典题1(多选)2021年4月29日上午11时23分，在中国文昌航天发射场，长征五号B运载火箭将天和核心舱顺利送入太空。如图所示，核心舱在B点从椭圆轨道Ⅰ进入圆形轨道Ⅱ，关于核心舱的运动，下列说法中正确的有(AD)

A．在轨道Ⅰ上经过B的速度小于在轨道Ⅱ上经过B的速度

B．在轨道Ⅰ上经过B的加速度小于在轨道Ⅱ上经过B的加速度

C．在轨道Ⅰ上运动的周期大于在轨道Ⅱ上运动的周期

D．在轨道Ⅰ上经过A点的速度大于经过B点的速度

解析：核心舱在椭圆轨道Ⅰ上经过B点时，速度增大做离心运动，变轨到圆形轨道Ⅱ。在轨道Ⅰ经过B的速度小于在轨道Ⅱ上经过B的速度，A正确；在轨道Ⅰ上经过B和在轨道Ⅱ上经过B点时受到的万有引力相等，所以加速度相等，B错误；轨道Ⅰ半长轴小于轨道Ⅱ半径，根据开普勒第三定律，在轨道Ⅰ上运动的周期小于在轨道Ⅱ上运动的周期，C错误；根据开普勒第二定律，在轨道Ⅰ上经过A点的速度大于经过B点的速度，D正确。

规律总结

卫星(飞船)变轨问题分析思路

1．绕地球做匀速圆周运动的卫星所需向心力由万有引力提供。轨道半径r确定后，与之对应的卫星的线速度v＝eq\r(\f(GM,r))、角速度ω＝eq\r(\f(GM,r3))、周期T＝2πeq\r(\f(r3,GM))和向心加速度a＝eq\f(GM,r2)都是唯一确定的。如果卫星的轨道半径r发生变化，上述所有物理量都将随之变化。

2．解决此类问题，一要清楚卫星的变轨过程；二要能应用万有引力定律及相关知识分析出各物理量如何变化。当卫星由于某种原因速度改变时(开启、关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力，卫星将变轨运行。

(1)当卫星由于点火加速使速度v增大时，eq\f(GMm,r2)meq\f(v2,r)，万有引力不足以提供卫星做圆周运动所需的向心力，卫星将做离心运动，变轨到更高的轨道上，变轨过程中v减小，稳定后v比加速之前小。

(2)同理，当v减小时，Geq\f(Mm,r2)meq\f(v2,r)，万有引力大于卫星做圆周运动所需的向心力，卫星将做向心运动，变轨到较低的轨道上，变轨过程中v增大，稳定后v比减速之前大。

对点训练?如图所示，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(C)

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