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在高中物理的万有引力部分,常常会涉及到卫星的轨道变化问题。学生在解决这部分问题的时候容易思维混乱,无从下手,或者胡乱带公式,造成错解。其实在解决这类问题时,我们只要把握住关键,注意解题思路,弄清自变量与因变量之间的关系,便可以化繁为简,提高解题的正确率。
那么,这部分问题的总体思路是什么呢?
我们首先来分析卫星变轨问题带来的影响:卫星在原有的轨道上作匀速圆周运动,处于一个相对稳定的状态,在这一轨道上卫星的运动符合万有引力提供向心力,而一旦它由于外界的影响要改变原来的轨道,则卫星原有的相对稳定的状态被破坏,进而它必须进入新的轨道作圆周运动。在轨道变化的过程中卫星存在法向和切向的加速度,所以它在变化过程中的运动不是匀速圆周运动,也就不再符合万有引力提供向心力,如果我们直接使用万有引力提供向心力来判断物理量的变化,则必然造成错解,所以我们必须待卫星进入新的轨道,重新达到另一个相对稳定的状态后,方可使用万有引力提供向心力来解决。
所以,要想解好这类型的题目,必先确定卫星轨道半径的变化是增大还是减小,然后在此基础上再使用万有引力提供向心力进一步求解其它物理量,或判断其它物理量的变化。
例题:2005年10月12日,“神州”六号顺利升空入轨,14日5时56分,“神州”六号飞船进行轨道维持,飞船发动机点火工作了6.5秒。所谓轨道维持就是通过飞船上发动机的点火时间和推力的大小和方向,使飞船能保持在预定轨道上稳定运动;如果不进行轨道维持,由于飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力,飞船的运动情况将发生变化,则根据所学知识判断下列说法中正确的是()。
A.飞船受到的万有引力逐渐增大,线速度在逐渐减小;
B.飞船的向心加速度逐渐增大,周期逐渐减小,线速度和角速度都逐渐增大;
C.飞船的动能、重力势能和机械能都逐渐减小;
D.飞船的重力势能逐渐减小,动能逐渐增大,机械能逐渐减小。