2017滬科版高中物理必修二5.4《飛出地球去（二）》word學(xué)案.doc

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1、學(xué)案5　飛出地球去（二）[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.掌握解決天體運(yùn)動(dòng)問題的思路和方法.2.理解赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星的區(qū)別.3.會(huì)分析衛(wèi)星(或飛船)的變軌問題.4.掌握雙星的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及其問題的分析方法．一、萬(wàn)有引力定律1．內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小跟物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比．2．公式F＝.二、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中幾個(gè)概念的區(qū)別1．天體半徑和衛(wèi)星的軌道半徑通常把天體看成一個(gè)球體，天體的半徑指的是球體的半徑；衛(wèi)星的軌道半徑指的是

2、衛(wèi)星圍繞天體做圓周運(yùn)動(dòng)的圓的半徑．衛(wèi)星的軌道半徑大于等于天體的半徑．2．自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期自轉(zhuǎn)周期是指天體繞自身軸線運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間；公轉(zhuǎn)周期是指衛(wèi)星繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間．自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一般不相等(填“相等”或“不相等”)．三、衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、向心力衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力提供向心力，即由＝ma＝m＝mω2r＝mr得：a＝、v＝、ω＝、T＝2π，故可看出，軌道半徑越大，a、v、ω越小，T越大.一、分析天體運(yùn)動(dòng)問題的思路解決天體運(yùn)動(dòng)問題的基本思路，行星或衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)一般可看作勻速

3、圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力都由中心天體對(duì)它的萬(wàn)有引力提供，所以研究天體運(yùn)動(dòng)時(shí)可建立基本關(guān)系式：＝ma，式中a是向心加速度．常用的關(guān)系式為1．G＝m＝mω2r＝mr，萬(wàn)有引力提供行星或衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可得v、ω、T與半徑r的關(guān)系．2．忽略自轉(zhuǎn)mg＝G，即物體在天體表面時(shí)受到的引力等于物體的重力．此式兩個(gè)用途：①求星體表面的重力加速度g＝，從而把萬(wàn)有引力定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合解題．②黃金代換式GM＝gR2.例1　地球半徑為R0，地面重力加速度為g，若衛(wèi)星在距地面R0處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則(　　)A．衛(wèi)

4、星速度為B．衛(wèi)星的角速度為C．衛(wèi)星的加速度為D．衛(wèi)星周期為2π解析　由＝ma＝m＝mω2(2R0)＝m(2R0)及GM＝gR可得衛(wèi)星的向心加速度a＝，角速度ω＝線速度v＝，周期T＝2π，所以A、B正確，C、D錯(cuò)誤．答案　AB二、赤道物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)量的比較赤道上的物體、同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星都近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)比較它們的向心加速度、線速度及角速度(或周期)時(shí)，要注意找出它們的共同點(diǎn)，然后再比較各物理量的大?。?．赤道上的物體與同步衛(wèi)星具有相同的角速度和周期，如同一圓盤上不同半徑的兩個(gè)點(diǎn)，

5、由v＝ωr和a＝ω2r可分別判斷線速度，向心加速度的關(guān)系．2．不同軌道上的衛(wèi)星向心力來(lái)源相同，即萬(wàn)有引力提供向心力，由＝ma＝m＝mω2r＝mr可分別得到a＝、v＝，ω＝及T＝2π，故可以看出，軌道半徑越大，a、v、ω越小，T越大．例2　如圖1所示，地球赤道上的山丘e、近地資源衛(wèi)星p和同步衛(wèi)星q均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．設(shè)e、p、q的圓周運(yùn)動(dòng)速率分別為v1、v2、v3，向心加速度分別為a1、a2、a3，則(　　)圖1A．v1＞v2＞v3B．v1＜v2＜v3C．a(chǎn)1＞a2＞a3D．a(chǎn)1＜a3

6、＜a2解析　衛(wèi)星的速度v＝，可見衛(wèi)星距離地心越遠(yuǎn)，即r越大，則速度越小，所以v3＜v2.q是同步衛(wèi)星，其角速度ω與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，所以其線速度v3＝ωr3＞v1＝ωr1，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤．由G＝ma，得a＝，同步衛(wèi)星q的軌道半徑大于近地資源衛(wèi)星p的軌道半徑，可知q的向心加速度a3＜a2.由于同步衛(wèi)星q的角速度ω與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，即與地球赤道上的山丘e的角速度相同，但q軌道半徑大于e的軌道半徑，根據(jù)a＝ω2r可知a1＜a3.根據(jù)以上分析可知，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．答案　D三、人造衛(wèi)星的變軌

7、問題1．衛(wèi)星在圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，＝m成立．2．衛(wèi)星變軌時(shí)，是線速度v發(fā)生變化導(dǎo)致需要的向心力發(fā)生變化，進(jìn)而使軌道半徑r發(fā)生變化．(1)當(dāng)人造衛(wèi)星減速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m減小，萬(wàn)有引力大于所需的向心力，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)，向低軌道變遷．(2)當(dāng)人造衛(wèi)星加速時(shí)，衛(wèi)星所需的向心力F向＝m增大，萬(wàn)有引力不足以提供衛(wèi)星所需的向心力，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，向高軌道變遷．3．衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的切點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力相同，所以加速度相同．4．飛船對(duì)接：兩飛船對(duì)接前應(yīng)處于高、低不同的軌道上，目標(biāo)

8、船處于較高軌道，在較低軌道上運(yùn)動(dòng)的對(duì)接船通過合理地加速，做離心運(yùn)動(dòng)而追上目標(biāo)船與其完成對(duì)接．例3　2013年5月2日凌晨0時(shí)06分，我國(guó)“中星11號(hào)”通信衛(wèi)星發(fā)射成功．“中星11號(hào)”是一顆地球同步衛(wèi)星，它主要用于為亞太地區(qū)等區(qū)域用戶提供商業(yè)通信服務(wù)．圖2為發(fā)射過程的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再一次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正