淺談高中物理天體運(yùn)動(dòng)問題的解題策略

黃萬貴

摘 要：在高中物理之中，天體運(yùn)動(dòng)有關(guān)內(nèi)容屬于一項(xiàng)重要內(nèi)容，而且萬有引力這一定律和天體問題乃是高考物理每年必考的一項(xiàng)內(nèi)容。尤其是最近幾年我國(guó)在航天事業(yè)方面實(shí)現(xiàn)了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)很多天體運(yùn)動(dòng)有關(guān)問題。然而，很多高中生對(duì)于天體運(yùn)動(dòng)這一物理模型依然缺少感性以及理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而在天體運(yùn)動(dòng)這類問題當(dāng)中失分率較高。對(duì)于此，本文旨在對(duì)高中物理當(dāng)中天體運(yùn)動(dòng)這類問題的具體解題策略展開探究，希望能對(duì)高中生解題所有幫助。

關(guān)鍵詞：高中物理;天體運(yùn)動(dòng);解題策略

前言：最近幾年，高考物理對(duì)于天體運(yùn)動(dòng)這類問題進(jìn)行考查期間不斷改變角度，同時(shí)和當(dāng)代最前沿的一些科學(xué)成果進(jìn)行結(jié)合，逐漸推陳出新。對(duì)于這種變化，物理教師需結(jié)合高中生實(shí)際把天體運(yùn)動(dòng)這類問題加以簡(jiǎn)單分類，這樣便于高中生對(duì)解題規(guī)律加以掌握，同時(shí)還能讓考生對(duì)所學(xué)知識(shí)加以靈猴運(yùn)用，克服解題期間的盲目性。

一、衛(wèi)星與行星軌道的運(yùn)動(dòng)問題

行星與衛(wèi)星在軌道之上的運(yùn)動(dòng)乃是動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及萬有引力這一定律結(jié)合考查的一個(gè)經(jīng)典問題。高中生在對(duì)此類問題加以解答之時(shí)，需要了解萬有引力乃是行星與衛(wèi)星在軌道之上進(jìn)行近似的圓周運(yùn)動(dòng)期間的向心力，并且根據(jù)向心力具體公式，對(duì)公式當(dāng)中v、ω、T的關(guān)系加以靈活運(yùn)用。

例如，火星存在兩顆衛(wèi)星，即火衛(wèi)一與火衛(wèi)二，其運(yùn)行軌道近似于圓。現(xiàn)知道火衛(wèi)一周期是7時(shí)39分，而火衛(wèi)二周期是30時(shí)18分，問兩顆衛(wèi)星進(jìn)行比較.

A、火衛(wèi)一距離火星表面比較近

B、火衛(wèi)一運(yùn)動(dòng)速度比較大

C、火衛(wèi)二角速度比較大

D、火衛(wèi)二向心加速度比較大

此題答案為A與B.

再如，美聯(lián)社在2002年報(bào)道稱，天文學(xué)家在現(xiàn)有的太陽系9大行星以外，有發(fā)現(xiàn)一顆小于地球的新行星，同時(shí)測(cè)得這顆行星圍繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)周期是288年。如果將其與地球圍繞著太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)軌道看成是一個(gè)圓，則新行星和太陽間的距離大約為地球和太陽間距離的幾倍？

解：假設(shè)地球質(zhì)量是m0，太陽質(zhì)量是M，繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)的周期是T0，和太陽距離是R0，公轉(zhuǎn)的角速度是ω0;而新行星質(zhì)量是m，圍繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)的周期是T，和太陽距離是R，公轉(zhuǎn)的角速度是ω，按照萬有引力這一定律與向心力的公式，可以得到：

通過上述例題能夠看到，應(yīng)用以及推導(dǎo)結(jié)果全為課本練習(xí)所得重要結(jié)論，體現(xiàn)出高考物理是把基礎(chǔ)能力的考查當(dāng)作立足點(diǎn)的。

二、天體運(yùn)動(dòng)的綜合問題

此類問題情境新穎，考生很容易受到干擾。考生對(duì)此類問題加以解答之時(shí)，按照萬有引力這一定律可以對(duì)天體所受重力的加速度加以計(jì)算，這是解題關(guān)鍵所在。因?yàn)橹挥袑⒅亓铀俣惹蟪鰜恚趴膳c動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)這些知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系。

例如，當(dāng)勇氣號(hào)探測(cè)器在火星著陸最后時(shí)刻，著陸器落于火星表面之上，之后經(jīng)過很多次的彈跳最終停了下來。如果著陸器首次落于火星表面反彈以后，達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)的高度是h，此時(shí)速度方向?yàn)樗降模笮∈莢0，計(jì)算其第二次落于火星表面之時(shí)速度大小，在計(jì)算期間可以忽略大氣阻力。先知道火星一衛(wèi)星圓軌道半徑是r，周期是T。而且火星可以看成是半徑是r0均勻球體。

三、地球的同步衛(wèi)星問題

地球具有的同步微信因?yàn)榕c人類的現(xiàn)代生活存在著緊密關(guān)聯(lián)，所以此類問題乃是高考物理的一個(gè)考查熱點(diǎn)。考生在對(duì)此類問題加以解答之時(shí)，需要了解地球的同步衛(wèi)星具有的五個(gè)特征，即周期、軌道平面、運(yùn)行高度、運(yùn)行速度以及在軌道之上所在位置確定。

例如，某顆地球的同步衛(wèi)星的正下方一名地球表面的觀察者用望遠(yuǎn)鏡看到了被太陽光反射照亮的這個(gè)衛(wèi)星，問春分當(dāng)天，在日落的12小時(shí)之內(nèi)觀察者有多少時(shí)間無法看到這顆衛(wèi)星？現(xiàn)知道地球半徑是R，重力加速度是g，自轉(zhuǎn)周期是T，忽略大氣對(duì)太陽光的折射。

結(jié)論：綜上可知，天體運(yùn)動(dòng)乃是高考物理每年必考的一項(xiàng)內(nèi)容，而且對(duì)應(yīng)分值較高，高中生若想在高考當(dāng)中取得較好成績(jī)，需要對(duì)天體運(yùn)動(dòng)這類問題的解題方法以及解題技巧加以掌握，這樣才可對(duì)天體運(yùn)動(dòng)這類問題加以快速、準(zhǔn)確解答。教學(xué)期間，物理教師可將天體運(yùn)動(dòng)具體分成四大類，即衛(wèi)星與行星軌道的運(yùn)動(dòng)問題、天體運(yùn)動(dòng)的綜合問題、地球的同步衛(wèi)星問題。針對(duì)以上三類問題，物理教師需幫助考生對(duì)相應(yīng)的解題方法和技巧加以掌握，進(jìn)而提升考生的解題能力。

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