2019-2020年高考物理《飞船变轨问题剖析》.doc

2019-2020年高考物理飞船变轨问题剖析姿态动力学的提出 人造地球卫星动力学包含两个方面：轨道力学：研究卫星质心绕地球的运动。 姿态动力学：研究卫星绕其质心的转动运动及卫星各部的相对运动。请考虑一下，为什么卫星还要相对其质心转动呢？（1）卫星功能的需要卫星上安装的专门仪器或天线需要对地定向，因而在沿轨道运行时卫星必须缓慢转动，卫星上的太阳帆板需要对日定向，因而帆板相对星体也要转动。 定向问题属于姿态稳定问题，它是姿态动力学的基本问题。 （2）卫星变轨的需要当地球同步卫星由转移轨道变到同步轨道时，当返回式卫星由运行轨道变到返回轨道时，卫星都要绕质心转动到预定姿态，然后开动尾部的变轨发动机实现变轨。这属于姿态控制问题。 用万有引力处理天体问题的基本方法是：把天体的运动看成圆周运动，其做圆周运动的向心力有万有引力提供。由得， 。当飞船等天体做变轨运动时，轨道半径发生变化，从而引起、T及的变化。例1（05江苏）某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r1慢慢变到r2，用EKlEK2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则(A)r1r2，EK1r2，EK1EK2 (C)r1EK2 (D)r1r2，EK1EK2误区警示 本题中由于阻力作用会误因为，错选D。深刻理解速度是由高度决定的，加深“越高越慢”的印象，才能走出误区。解析 由于阻力使卫星高度降低，故r1r2，由知变轨后卫星速度变大，动能变大EK1，但在降低轨道高度时,重力做正功,阻力做负功,故总机械能应是不断减少的。空间站由远地轨道向近地轨道移动时，受地球引力变大，故加速度增大；由知v变大，T变小而变大。答案 C总结：人造卫星及天体的运动都近似为匀速圆周运动。当天体做变轨运动时关键看轨道半径的变化，然后根据公式判断线速度、角速度和周期的变化。