高考物理知識點(diǎn)：變軌模型

　　變軌模型是衛(wèi)星由于某種原因從一軌道運(yùn)動到另一軌道，變軌前后衛(wèi)星運(yùn)行的軌道半徑發(fā)生變化，衛(wèi)星運(yùn)行的速度、角速度、加速度、能量等相應(yīng)也發(fā)生變化．當(dāng)衛(wèi)星在穩(wěn)定運(yùn)行時，萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的向心力，如果衛(wèi)星在穩(wěn)定軌道上運(yùn)行時向心力發(fā)生變化，那么衛(wèi)星就會偏離原軌道運(yùn)動，從而做離心或向心運(yùn)動．常見的衛(wèi)星變軌有軌道漸變和軌道突變兩種．

　　1．衛(wèi)星軌道的漸變

　　衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，會受到外界因素的影響，使衛(wèi)星的軌道緩慢地發(fā)生變化，即軌道逐漸增大或逐漸減小，在衛(wèi)星軌道逐漸變化的過程中，仍然可以將衛(wèi)星在每一軌道上的運(yùn)動看成是勻速圓周運(yùn)動．分析這類問題的關(guān)鍵是要判斷出衛(wèi)星是做離心運(yùn)動還是向心運(yùn)動，分清衛(wèi)星運(yùn)行的軌道半徑是變大還是變小．

　　2．衛(wèi)星軌道的突變

　　在發(fā)射衛(wèi)星的過程中，為使衛(wèi)星在很短的時間內(nèi)從一軌道變軌到某一預(yù)定軌道，需要啟動發(fā)動機(jī)．現(xiàn)在我國已發(fā)射“神舟號”飛船、“嫦娥號”衛(wèi)星、“螢火一號”火星探測器、“天宮一號”目標(biāo)飛行器等都需要經(jīng)過變軌才到達(dá)預(yù)定的軌道，這種變軌一般都可以看成是突變．有時，在衛(wèi)星的發(fā)射過程中，需要多次變軌，即需要多次啟動發(fā)動機(jī)使衛(wèi)星軌道發(fā)生突變．

　　3．衛(wèi)星變軌的特點(diǎn)

　　(1)衛(wèi)星在軌道上某點(diǎn)開始加速，向心力大于地球與衛(wèi)星之間的萬有引力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動，達(dá)到另一穩(wěn)定軌道后繼續(xù)做圓周運(yùn)動．由于變軌前的軌道半徑r1小于變軌后的軌道半徑r2，則變軌后衛(wèi)星的運(yùn)行速度v2小于變軌前衛(wèi)星的運(yùn)行速度v1.

　　(2)變軌前后，衛(wèi)星的機(jī)械能一般會發(fā)生變化．衛(wèi)星從低軌道變軌到高軌道，必須點(diǎn)火使衛(wèi)星加速，而衛(wèi)星在高軌道上運(yùn)行時，運(yùn)行速度減小，則動能減小，重力勢能增加．由于點(diǎn)火使衛(wèi)星變軌，變軌前后的機(jī)械能不守恒．

　　(3)在處理變軌的試題時，出錯的原因有：不清楚變軌的實(shí)質(zhì)，對衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律和變軌前后的能量關(guān)系理解模糊，

　　模型1 考查變軌前后速度的變化問題

　　要判斷變軌前后速度的變化問題，首先是要分析軌道半徑的變化，即衛(wèi)星是從高軌道變軌到低軌道，還是從低軌道變軌到高軌道；然后再利用萬有引力定律和向心力公式判斷速度的變化．

　　模型2 考查變軌前后周期、角速度和能量的變化問題

　　判斷加速度、周期、角速度和能量變化問題的前提是判斷軌道半徑的變化，然后再根據(jù)等式

　　分析問題．對于能量問題，要知道衛(wèi)星從低軌道變到高軌道運(yùn)行時需要點(diǎn)火使衛(wèi)星加速，變軌后衛(wèi)星的速度變小，動能變小，重力勢能變大，總的機(jī)械能變大．

　　模型3 考查變軌前后的失重問題

　　衛(wèi)星、飛船等在高空中運(yùn)行時，運(yùn)行的向心力由萬有引力提供，即萬有引力全部提供衛(wèi)星、飛船等做勻速圓周運(yùn)動的向心力，因此，高空運(yùn)行的物體處于失重狀態(tài)．衛(wèi)星、飛船等從一軌道運(yùn)動到另一軌道時，衛(wèi)星、飛船等上的物體都處于失重狀態(tài).