高三物理天体运动难题(不同轨道的环绕天体状态如何变化)
高考中与轨道参数变化判断有关的公式最主要的就是下面七个公式了,但实际上公式的简单,不代表我们可以轻而易举的完成,更不代表我们可以快速高效的完成。我们追求的应该是“又对又快”,所以想想办法[给力][给力][给力]
上面G为万有引力常数,M为中心天体的质量,m为环绕天体的质量,r为环绕天体和中心天体的距离,v为环绕天体的运行速度即线速度,ω为环绕天体的角速度,n为环绕天体的转速,a为环绕天体的加速度。
显然,经过简单的数学运算,我们可以知道V=根号下(GM/r),ω=根号下(GM/r3),T=2π根号下(r3/GM),a=GM/(r的平方)。所以当轨道变高,也就是r变大时,线速度、角速度、转速、加速度均变小,周期变大。
当然在轨道变化时,还会涉及能量改变问题。比如环绕天体的动能、势能、机械能的变化,我们该如何理解或者掌握这方面内容呢?显然还是要从定义入手,动能=m(v的平方)/2,势能和机械能要从功能关系入手,具体后续阐述,总之轨道变化万有引力做功和其他能量的输入才可能发生,即从低轨到高轨是要克服万有引力做功,所以需要有一个力对物体做正功。
所以轨道变高,也就是r变大时,动能变小,机械能和势能变大,合外力也就是万有引力变小。
纷繁复杂的阐述只是帮助我们理解后面结论的来历,作为应试技巧来说,口诀解决这个问题,高轨低速大周期,大机大势小引力。注意前一句与环绕天体质量无关,而后一句与环绕天体的质量有关。[捂脸][捂脸][捂脸]下期我们继续阐述卫星变轨和一个很容易忽视的同轨道问题。
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