天体运动与科技发展

任隽燕

在现代科技领域中，对于航天技术与人造地球卫星等科技的发展越来越受到人们的重视。而这些科技的内容也频繁出现在了对于高中生知识的考察内容中，在近些年江苏高考的试卷中，每年都会出现有关于“万有引力定律与航天”的相关考察内容。出题者力求达到新颖的出题思路，所以更注重将物理知识与实际应用相结合的出题方式。在天体运动的核心内容中，卫星运动与变轨是天体运动的核心要素，而高三复习过程中也应当通过对该知识点中典型的例题进行更改变化，才能更加有效的巩固学生的知识掌握，在复习中才能合理的将卫星发射、运行以及回收的知识补充剂妻女，使学生可以将物理知识与卫星运行的关系进行了解，符合课程改革目标：从实际问题出发，抽象出物理规律，再用物理规律解决实际问题，通过习题可以有效的提高学生的科学素养，同时使学生更好地理解习题内容，提高学生的理解质量与对知识的应用效果。

一、天體运动参量间的关系：

学生虽然知道解决万有引力的两条思路，由于课时少的原因，学生做题时会出现混淆，针对易错点加强训练。

例题1.如图3所示，如果A点为赤道上的一个物体，那么B点作为卫星围绕着地球做圆周运动，C是A为放在赤道上的物体，B为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造地球卫星，C为地球同步卫星，试比较A、B、C、做匀速圆周运动向心加速度的大小aA    aB    aC，线速度的大小vA     vB    vC，周期的大小TA     TB      TC，（填<  >  =）

分析与解：首先应当基于题目中的已知条件进行分析研究，提炼出有价值与意义的信息，然后构建物理模型开展物理量的对比。比如说有用的条件是A点为地球上的一个物体，那么他在做圆周运动的过程中会受到万有引力的吸引作用;而B、C属于地球上的卫星，那么根据所学的卫星相关知识可知A与B的运动周期一样，并且基于圆周运动的规律，可以比较得出三个点的向心加速度大小关系为：aB>aC>aA，线速度大小关系与向心加速度关系一致，为vB>vC>vA，周期的关系为TA=TC>TB如果学生在碰到关于物理量大小关系或者一些关系对比的问题时，大脑中应当自觉地形成几个模型，模型中主要将卫星的知识、万有引力知识进行构建，明确重点词及其意义。

实际问题：大气阻力会对人造卫星的绕地球运动进行阻碍，所以当人造地球受到阻碍靠向地球的时候，应当采用一些措施进行对航天器轨道的重新设计与引导，因此，绕地球运动的航天器在每隔一段时间中就需要进行一次轨道维持。主要的操作就是通过推进发动机工作进行对航天器轨道高度的升高。在现有的航天器中，通过轨道上空的稀薄空气可以形成摩擦阻力，最终轨道高度逐渐降低，然后进行对航天器的动能、重力势能的变化情况进行考虑，由于阻力的影响，航天器的机械能会减小，重力做正功，重力势能减小，向心力公式为  ，所以航天器的速度增大动能也增大。

例题2.2011年8月，“嫦娥二号”成功进人了环绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的

A.线速度比地球线速度小

B.向心加速度比地球向心加速度大

C.在向心力中，只有太阳引力为其提供力

D.在向心力中，只有地球引力为其提供力

分析与解：基于前面所给出的例题来看，圆周运动所需的向心力都有一个力可以提供，但是这个题目的创新点就是太阳与地球引力的合理可以为航天器提供向心力作用，明确了航天器绕太阳的做圆周运动的条件内容后就可以得知航天器与地球的圆周运动角速度一样，通过公式a=ω2R，v=ωR可以得出A、B答案正确。

实际问题：通过图片可以得知“日地拉格朗日点”是两大天体引力作用中航天器最稳定的运行点，在这个点中航天器处于背向太阳另一边的条件，光照条件相对稳定，所以航天器不会像近地轨道中出现的阴影一样影响到温度的上升与下降，这也就是使得该点成为了观测宇宙最为理想与数据稳定的点，可以在该点中放置空间天文站进行观测宇宙，科学家们还设想了在日后可以通过该点进行对危险小行星进行拦截。

中国在航天技术上是领先的，2019年1月3日，中国嫦娥四号飞行约40万公里之后，成功降落于月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区，并通过“鹊桥”中继卫星发回了第一张月球背面的近距离图像。因为是中国首次登陆月球背面，因此取得了该范围内的所有冠名权。激发学生的爱国热情和学习动力。

二、卫星的变轨的问题：

例题3：观察示意图中“嫦娥一号奔月”的卫星运行轨道，当卫星在发射之后会通过自带的火箭实现多次变轨，当卫星进入到地月转移轨道之后，就会受到月球引力的吸引，形成对月亮的环绕，那么，下面选项中说法正确的是：

A.卫星发射速度一定要达到第三宇宙的速度

B.绕月圆轨道中，卫星的运转周期与其质量有关联

C.卫星在受到月球引力后与月球的中心距离的平方值呈反比关系

D.卫星在绕月轨道中运转时受到的地球引力大于月球引力