高考物理知識點：變軌模型

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

　　1．衛星軌道的漸變

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

　　2．衛星軌道的突變

　　在發射衛星的過程中，為使衛星在很短的時間內從一軌道變軌到某一預定軌道，需要啟動發動機．現在我國已發射“神舟號”飛船、“嫦娥號”衛星、“螢火一號”火星探測器、“天宮一號”目標飛行器等都需要經過變軌才到達預定的軌道，這種變軌一般都可以看成是突變．有時，在衛星的發射過程中，需要多次變軌，即需要多次啟動發動機使衛星軌道發生突變．

　　3．衛星變軌的特點

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

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

　　(3)在處理變軌的試題時，出錯的原因有：不清楚變軌的實質，對衛星運行的規律和變軌前后的能量關系理解模糊，

　　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，然后再根據等式

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

　　模型3 考查變軌前后的失重問題

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