高中物理同步教程——萬有引力與航天之克卜勒第三定律

2020-12-04 物理老師老李

特殊時期同學們都在家學習,為了配合同學們居家學習,老李特準備了高中物理同步教程系列課程,以文字與視頻的形式奉送給大家。今天是系列課程的第一次課,今天給同學們帶來的是克卜勒第三定律的學習。

首先我們來看一下定律的基本內容:

下面看下定律的具體解釋

(1) 若公轉軌道為圓,那麼R就是指半徑。

(2) 第三定律針對的是繞同一中心天體運動的各星體,若中心天體不同,不能死套周期定律:

1.(2018高考全國理綜III)為了探測引力波,「天琴計劃」預計發射地球衛星P,其軌道半徑約為地球半徑的16倍;另一地球衛星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍。P與Q的周期之比約為( )

A.2:1 B.4:1 C.8:1 D.16:1

此題為克卜勒定律的最常見應用,有2個天體繞同一個中心天體運轉時,都可以考慮用科普了第三定律求解。

我們再看看克卜勒定律的進階應用:

2.(2016高考全國理綜2)利用三顆位置適當的地球同步衛星,可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊,目前地球同步衛星的軌道半徑為地球半徑的6.6倍,假設地球的自轉周期變小,若仍僅用三顆同步衛星來實現上述目的,則地球自轉周期的最小值約為( )

A.1h B.4h C.8h D.16h

【參考答案】.B

【名師解析】設地球半徑為R,畫出僅用三顆同步衛星使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通信的同步衛星最小軌道半徑示意圖,如圖所示。由圖中幾何關係可得,同步衛星的軌道半徑r=2R。設地球自轉周期的最小值為T,則由克卜勒定律可得,

此題為2016年高考全國2卷的選擇題,相比於上一題難度增加很多,同學們需要知道為什麼存在最小周期才能找到限定條件。題中若仍僅用三顆同步衛星來實現上述目的,這一句話是解題關鍵,也就是我們常說的題眼。

總結:克卜勒第三定律適用於2個物體繞同一中心天體原轉的情形,簡單題直接應用公式即可求解,難度較大的題需要理解題意,此類題一般都有「題眼」存在,理解「題眼」即可提煉出解題思路。

最後給同學們留個作業作為課下練習:

衛星電話信號需要通過地球衛星傳送.如果你與同學在地面上用衛星電話通話,則從你發出信號至對方接收到信號所需要最短時間最接近於(可能用到的數據:月球繞地球運動的軌道半徑為3.8×105km,運動周期約為27天,地球半徑約為6400km,無線電信號的傳播速度為3×108m/s)(  )

A.0.1s B.0.25s C.0.5s D.1s

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