任雋燕

在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中，對(duì)于航天技術(shù)與人造地球衛(wèi)星等科技的發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視。而這些科技的內(nèi)容也頻繁出現(xiàn)在了對(duì)于高中生知識(shí)的考察內(nèi)容中，在近些年江蘇高考的試卷中，每年都會(huì)出現(xiàn)有關(guān)于“萬(wàn)有引力定律與航天”的相關(guān)考察內(nèi)容。出題者力求達(dá)到新穎的出題思路，所以更注重將物理知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的出題方式。在天體運(yùn)動(dòng)的核心內(nèi)容中，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與變軌是天體運(yùn)動(dòng)的核心要素，而高三復(fù)習(xí)過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)該知識(shí)點(diǎn)中典型的例題進(jìn)行更改變化，才能更加有效的鞏固學(xué)生的知識(shí)掌握，在復(fù)習(xí)中才能合理的將衛(wèi)星發(fā)射、運(yùn)行以及回收的知識(shí)補(bǔ)充劑妻女，使學(xué)生可以將物理知識(shí)與衛(wèi)星運(yùn)行的關(guān)系進(jìn)行了解，符合課程改革目標(biāo)：從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，抽象出物理規(guī)律，再用物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)習(xí)題可以有效的提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)使學(xué)生更好地理解習(xí)題內(nèi)容，提高學(xué)生的理解質(zhì)量與對(duì)知識(shí)的應(yīng)用效果。

一、天體運(yùn)動(dòng)參量間的關(guān)系：

學(xué)生雖然知道解決萬(wàn)有引力的兩條思路，由于課時(shí)少的原因，學(xué)生做題時(shí)會(huì)出現(xiàn)混淆，針對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)加強(qiáng)訓(xùn)練。

例題1.如圖3所示，如果A點(diǎn)為赤道上的一個(gè)物體，那么B點(diǎn)作為衛(wèi)星圍繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng)，C是A為放在赤道上的物體，B為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星，試比較A、B、C、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度的大小aA? ? aB? ? aC，線速度的大小vA? ? ?vB? ? vC，周期的大小TA? ? ?TB? ? ? TC，（填<? >? =）

分析與解：首先應(yīng)當(dāng)基于題目中的已知條件進(jìn)行分析研究，提煉出有價(jià)值與意義的信息，然后構(gòu)建物理模型開(kāi)展物理量的對(duì)比。比如說(shuō)有用的條件是A點(diǎn)為地球上的一個(gè)物體，那么他在做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)受到萬(wàn)有引力的吸引作用;而B、C屬于地球上的衛(wèi)星，那么根據(jù)所學(xué)的衛(wèi)星相關(guān)知識(shí)可知A與B的運(yùn)動(dòng)周期一樣，并且基于圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可以比較得出三個(gè)點(diǎn)的向心加速度大小關(guān)系為：aB>aC>aA，線速度大小關(guān)系與向心加速度關(guān)系一致，為vB>vC>vA，周期的關(guān)系為TA=TC>TB如果學(xué)生在碰到關(guān)于物理量大小關(guān)系或者一些關(guān)系對(duì)比的問(wèn)題時(shí)，大腦中應(yīng)當(dāng)自覺(jué)地形成幾個(gè)模型，模型中主要將衛(wèi)星的知識(shí)、萬(wàn)有引力知識(shí)進(jìn)行構(gòu)建，明確重點(diǎn)詞及其意義。

實(shí)際問(wèn)題：大氣阻力會(huì)對(duì)人造衛(wèi)星的繞地球運(yùn)動(dòng)進(jìn)行阻礙，所以當(dāng)人造地球受到阻礙靠向地球的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采用一些措施進(jìn)行對(duì)航天器軌道的重新設(shè)計(jì)與引導(dǎo)，因此，繞地球運(yùn)動(dòng)的航天器在每隔一段時(shí)間中就需要進(jìn)行一次軌道維持。主要的操作就是通過(guò)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作進(jìn)行對(duì)航天器軌道高度的升高。在現(xiàn)有的航天器中，通過(guò)軌道上空的稀薄空氣可以形成摩擦阻力，最終軌道高度逐漸降低，然后進(jìn)行對(duì)航天器的動(dòng)能、重力勢(shì)能的變化情況進(jìn)行考慮，由于阻力的影響，航天器的機(jī)械能會(huì)減小，重力做正功，重力勢(shì)能減小，向心力公式為? ，所以航天器的速度增大動(dòng)能也增大。

例題2.2011年8月，“嫦娥二號(hào)”成功進(jìn)人了環(huán)繞“日地拉格朗日點(diǎn)”的軌道，我國(guó)成為世界上第三個(gè)造訪該點(diǎn)的國(guó)家。如圖所示，該拉格朗日點(diǎn)位于太陽(yáng)和地球連線的延長(zhǎng)線上，一飛行器處于該點(diǎn)，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，則此飛行器的

A.線速度比地球線速度小

B.向心加速度比地球向心加速度大

C.在向心力中，只有太陽(yáng)引力為其提供力

D.在向心力中，只有地球引力為其提供力

分析與解：基于前面所給出的例題來(lái)看，圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力都有一個(gè)力可以提供，但是這個(gè)題目的創(chuàng)新點(diǎn)就是太陽(yáng)與地球引力的合理可以為航天器提供向心力作用，明確了航天器繞太陽(yáng)的做圓周運(yùn)動(dòng)的條件內(nèi)容后就可以得知航天器與地球的圓周運(yùn)動(dòng)角速度一樣，通過(guò)公式a=ω2R，v=ωR可以得出A、B答案正確。

實(shí)際問(wèn)題：通過(guò)圖片可以得知“日地拉格朗日點(diǎn)”是兩大天體引力作用中航天器最穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)中航天器處于背向太陽(yáng)另一邊的條件，光照條件相對(duì)穩(wěn)定，所以航天器不會(huì)像近地軌道中出現(xiàn)的陰影一樣影響到溫度的上升與下降，這也就是使得該點(diǎn)成為了觀測(cè)宇宙最為理想與數(shù)據(jù)穩(wěn)定的點(diǎn)，可以在該點(diǎn)中放置空間天文站進(jìn)行觀測(cè)宇宙，科學(xué)家們還設(shè)想了在日后可以通過(guò)該點(diǎn)進(jìn)行對(duì)危險(xiǎn)小行星進(jìn)行攔截。

中國(guó)在航天技術(shù)上是領(lǐng)先的，2019年1月3日，中國(guó)嫦娥四號(hào)飛行約40萬(wàn)公里之后，成功降落于月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并通過(guò)“鵲橋”中繼衛(wèi)星發(fā)回了第一張?jiān)虑虮趁娴慕嚯x圖像。因?yàn)槭侵袊?guó)首次登陸月球背面，因此取得了該范圍內(nèi)的所有冠名權(quán)。激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

二、衛(wèi)星的變軌的問(wèn)題：

例題3：觀察示意圖中“嫦娥一號(hào)奔月”的衛(wèi)星運(yùn)行軌道，當(dāng)衛(wèi)星在發(fā)射之后會(huì)通過(guò)自帶的火箭實(shí)現(xiàn)多次變軌，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入到地月轉(zhuǎn)移軌道之后，就會(huì)受到月球引力的吸引，形成對(duì)月亮的環(huán)繞，那么，下面選項(xiàng)中說(shuō)法正確的是：

A.衛(wèi)星發(fā)射速度一定要達(dá)到第三宇宙的速度

B.繞月圓軌道中，衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與其質(zhì)量有關(guān)聯(lián)

C.衛(wèi)星在受到月球引力后與月球的中心距離的平方值呈反比關(guān)系

D.衛(wèi)星在繞月軌道中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受到的地球引力大于月球引力