物理天体问题【解决天体问题的技巧】

时间：2018-12-23 19:53:11　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：天体力学是一个新的力学分支，研究人类从地球向空间发射的各种飞行器的运动，又称人造天体动力学。就目前情况来说，人造天体基本上分为三类：人造地球卫星、月球火箭和行星际飞行器。这三类人造天体在运动过程中出现的力学问题互不相同，从而又各自形成了人造地球卫星动力学、月球火箭动力学和行星际飞行器动力学。
　　从近几年的高考试题来看，对人造地球卫星和天体的运动考查频率很高，几乎成为每年高考的必考内容，由于航天技术、人造地球卫星属于现代科技发展的重要领域，有关人造卫星问题的考查频率会越来越高，加上载人航天的成功和中国的探月计划的实施，这些都是命题的热点内容，2008年估计也要以此为背景进行命题。
　　关键词：天体运动人造地球卫星探月
　　
　　有些学生在解决天体运动问题时，往往思路混乱，不知从何下手。其实，解决天体问题只要抓住三个知识点：1、天体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。2、熟练运用圆周运动的公式。3、分清重力与万有引力的关系，解题过程中再注意一些技巧，处理起来就会得心应手。下面以两道例题为例：
　　例1 某课外小组经长期观测，发现靠近某行星周围有众多卫星，且相对均匀地分布于行星周围，假设所有卫星绕该行星的运动都是匀速圆周运动，通过天文观测，测得离行星最近的一颗卫星的运动半径为R ，周期为T，已知万有引力常数为G。
　　（1）求行星的质量；
　　（2）若行星的半径为R，求行星的第一宇宙速度；
　　
　　例2 2007年10月24日18时5分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭将嫦娥一号卫星成功送入太空。嫦娥一号首先绕地球沿三个逐渐变大的椭圆轨道飞行（调相轨道），最早划出的，是一个近地点200公里、远地点51000公里、周期为16小时的环地球椭圆。随后，在近地点，嫦娥一号发动机再次点火，轨道周期被调整为24小时。接着在近地点时，将作出第二次大的变轨，将轨道周期增加到48小时，使远地点高度达到约13.7万公里。在10月31日经充分测试仪器、调整姿态后，开始真正的奔月之旅，进入地月转移轨道，最终抵达月球上空的环月轨道。轨道高度为200公里，轨道平面经过月球的两极（极月轨道）。“嫦娥一号”的任务之一是获取整个月球表面的立体影像。已知月球绕地球公转周期为27.3天，月球始终以同一面朝向地球，月球半径为1800公里，月球质量
　　（1）月球的自转周期；
　　（2）卫星在环月轨道上运动的周期（保留两位有效数字）；
　　（3）欲完成月球表面立体影像的勘测任务，至少要绕月球多少圈；
　　（4）卫星的成像系统至少应覆盖月球表面多宽的区域。
　　解析：为计算方便，该题将月球半径1720公里近似作为1800公里。
　　（1）因为月球始终以同一面朝向地球，所以月球公转一周同时也自转了一周。
　　
　　（2）卫星在环月轨道上做圆周运动，万有引力充当向心力，设周期T。
　　
　　（3）（此小题类似于地球的极地卫星）
　　卫星在月球的赤道上方拍摄，绕月球一圈只能拍摄一次。
　　
　　实际运行时，可使设定的高度变大，使一次覆盖的宽度80公里，一半部分重叠，使图像清晰。
　　总之，解决天体问题时需要把握解题的基本依据，迅速找到问题的切口，并注意思维的严密性和开放性，提高解题的正确率。
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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