高中物理【天体运动的三类典型问题】专题训练
[A组 基础达标练]
1．(多选)2021年10月19日至23日，美国星链2305持续轨道变化，对中国空间站产生安全影响。中国空间站于10月21日3点16分进行变轨规避风险。图示为10月20日至23日期间星链2303和中国空间站的轨道距离地面高度数据图。假设除变轨过程，中国空间站在不同高度轨道上都是绕地球进行匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )
A．10月21日3点16分，发动机向后喷气使得中国空间站速度增加
B．10月21日3点16分，发动机向前喷气使得中国空间站速度减小
C．中国空间站在10月22日运行的线速度大于其在10月20日运行的线速度
D．中国空间站在10月22日运行的线速度小于其在10月20日运行的线速度
解析：由题图可知，中国空间站从低轨道调整到高轨道运行，则空间站需做离心运动，根据GMmR2＝mv2R可知，空间站做离心运动，需要发动机向后喷气使得中国空间站速度增加，使得该位置处万有引力小于空间站所需要的向心力，故B错误，A正确；根据GMmR2＝mv2R，可得v＝ GMR，空间站运行轨道半径越大，线速度越小，由题图可知，中国空间站在10月22日运行的半径大于其在10月20日运行的半径，则中国空间站在10月22日运行的线速度小于其在10月20日运行的线速度，故C错误，D正确。
答案：AD
2．(多选)“神舟十一号”飞船曾与“天宫二号”目标飞行器顺利完成自动交会对接。关于交会对接，以下说法正确的是( )
A．飞船在同轨道上加速直到追上“天宫二号”完成对接
B．飞船从较低轨道，通过加速追上“天宫二号”完成对接
C．在同一轨道上的“天宫二号”通过减速完成与飞船的对接
D．若“神舟十一号”与“天宫二号”原来在同一轨道上运动，则不能通过直接加速或减速某飞行器的方式完成对接
解析：“神舟十一号”飞船与“天宫二号”目标飞行器正确对接的方法是处于较低轨道的“神舟十一号”飞船在适当位置通过适当加速，恰好提升到“天宫二号”目标飞行器所在高度并与之交会对接。若“神舟十一号”与“天宫二号”原来在同一轨道上运动，后面的飞行器加速会上升到较高轨道，前面的飞行器减速会下降到较低的轨道，都不会完成交会对接。综上所述，选项A、C错误，B、D正确。
1 第1节 天体运动
本节教材分析
（1）三维目标
一、知识与技能
1． 了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程．
2． 知道开普勒对行星运动描述的 三定律．
二、过程与方法
1．学会 在对客观事物观察和认识的基础上进行分析，并经过推理提出科学假设，再经过数学和实验验证，正确认识事物的本质．
2． 通过学习，培养善于观察、善于思考、善于动手的能力．
三、情感态度与价值观
1．了解科学家探索宇宙奥秘的过程，学习他们一丝不苟的科学精神．
2．体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神，从而 激发热爱科学、探索真理的求知热情．
（2）教学重点
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．学好本节有利于认识宇宙中行星的运动规律，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习．
（3）教学难点
对开普勒行星运动定律的理解和应用，澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．
（4）教学建议
物理学不仅具有科学精神、科学素质教育价值，也具有人文教育、人文精神培养的功能．根据高中生的特点，在物理教学中探索适合高中生发展的科学素质培养的人文模式是非常重要的，本课虽然不是教材及考试的重点内容，但是，从对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育的角度看是难得的值得进一步开发的，特别是可以充分利用人文资源进行科学教育．
根据本课的特点——行星运动规律，采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式．
课前可让学生参观天文馆并进行天文观测，让学生对天文知识有初步的了解，在此基础上，产生星体做怎样的运动，为什么做这样或那样的运动的疑问，然后 采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式．
学生对天体运动只有一些粗浅的认识，对天体运动规律的发现过程也是所知甚少，在教学中要让学生了解人类认识自然的精彩历史片断与科学的分析方法，体会科学家们追求真理的不屈不挠的精神．
1 高中物理第三章万有引力定律1天体运动教案1教科版必修2
本节教材分析
（1）三维目标
一、知识与技能
1． 了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程．
2． 知道开普勒对行星运动描述的 三定律．
二、过程与方法
1．学会 在对客观事物观察和认识的基础上进行分析，并经过推理提出科学假设，再经过数学和实验验证，正确认识事物的本质．
2． 通过学习，培养善于观察、善于思考、善于动手的能力．
三、情感态度与价值观
1．了解科学家探索宇宙奥秘的过程，学习他们一丝不苟的科学精神．
2．体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神，从而 激发热爱科学、探索真理的求知热情．
（2）教学重点
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．学好本节有利于认识宇宙中行星的运动规律，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习．
（3）教学难点
对开普勒行星运动定律的理解和应用，澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．
（4）教学建议
物理学不仅具有科学精神、科学素质教育价值，也具有人文教育、人文精神培养的功能．根据高中生的特点，在物理教学中探索适合高中生发展的科学素质培养的人文模式是非常重要的，本课虽然不是教材及考试的重点内容，但是，从对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育的角度看是难得的值得进一步开发的，特别是可以充分利用人文资源进行科学教育．
根据本课的特点——行星运动规律，采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式．
课前可让学生参观天文馆并进行天文观测，让学生对天文知识有初步的了解，在此基础上，产生星体做怎样的运动，为什么做这样或那样的运动的疑问，然后 采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式．
学生对天体运动只有一些粗浅的认识，对天体运动规律的发现过程也是所知甚少，在教学中要让学生了解人类认识自然的精彩历史片断与科学的分析方法，体会科学家们追求真理的不屈不挠的精神．
1 习题课 天体运动各物理量与轨道半径的关系
[学习目标] 1.掌握运用万有引力定律和圆周运动知识分析天体运动问题的基本思路.2.掌握天体的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系．
一、天体运动的分析与计算
1．基本思路：一般行星或卫星的运动可看做匀速圆周运动，所需向心力由中心天体对它的万有引力提供，即F引＝F向．
2．常用关系：
(1)GMmr2＝ma＝mv2r＝mω2r＝m4π2T2r.
(2)忽略自转时，mg＝GMmR2(物体在天体表面时受到的万有引力等于物体重力)，整理可得：gR2＝GM，该公式通常被称为“黄金代换式”．
例1 (多选)地球半径为R0，地面重力加速度为g，若卫星在距地面R0处做匀速圆周运动，则( )
A．卫星的线速度为2R0g2 B．卫星的角速度为g8R0
C．卫星的加速度为g2 D．卫星的加速度为g4
答案 ABD
解析 由GMm2R02＝ma＝mv22R0＝mω2(2R0)及GM＝gR02，可得卫星的向心加速度a＝g4，角速度ω＝g8R0，线速度v＝2R0g2，所以A、B、D正确，C错误．
针对训练 某着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图1所示．设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，求轨道舱的速度和周期．
2 图1
答案 Rgr
2πrRrg
解析
轨道舱在月球表面时GMmR2＝mg①
轨道舱在半径为r的轨道上做圆周运动时，
有GMmr2＝mv2r②
GMmr2＝m4π2T2r③
由①②得v＝Rgr
由①③得T＝2πrRrg
二、天体运行的各物理量与轨道半径的关系
设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动．
(1)由GMmr2＝mv2r得v＝GMr，r越大，v越小．
(2)由GMmr2＝mω2r得ω＝GMr3，r越大，ω越小．
