2020-2021學年新教材物理人教版必修第二冊教案：第7章 章末綜合提升 Word版含解析

1、好好學習，天天向上鞏固層知識整合提升層能力強化天體運動中易混概念的比較1兩個半徑天體半徑和衛(wèi)星軌道半徑(1)天體半徑：在中學物理中通常把天體看成一個球體，天體半徑就是球的半徑，反映了天體的大小。（2）衛(wèi)星的軌道半徑：是天體的衛(wèi)星繞天體做圓周運動的軌跡圓的半徑.(3)關系：一般情況下，天體衛(wèi)星的軌道半徑總大于該天體的半徑。當衛(wèi)星貼近天體表面運動時，可近似認為軌道半徑等于天體半徑.2三種速度運行速度、發(fā)射速度和宇宙速度三種速度的比較，見下表:比較項概念大小影響因素運行速度衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運動的速度v軌道半徑r越大，v越小發(fā)射速度在地面上發(fā)射衛(wèi)星的速度大于或等于7.9 km/s衛(wèi)星的發(fā)射高度

2、越高，發(fā)射速度越大宇宙速度實現(xiàn)某種效果所需的最小衛(wèi)星發(fā)射速度7。9 km/s11。2 km/s16.7 km/s不同衛(wèi)星發(fā)射要求3.兩種周期自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期(1)自轉(zhuǎn)周期:是天體繞自身某軸線轉(zhuǎn)動一周所用的時間，取決于天體自身轉(zhuǎn)動的快慢。（2)公轉(zhuǎn)周期：是天體繞中心天體做圓周運動一周的時間，由mr得t2，取決于中心天體的質(zhì)量和運行天體到中心天體的距離，與運行天體自身質(zhì)量無關.（3）聯(lián)系：一般情況下天體的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期是不等的，如地球自轉(zhuǎn)周期為24小時,公轉(zhuǎn)周期為365天。它們之間沒有直接聯(lián)系，在應用中要注意區(qū)別。4兩種軌道-圓形軌道和橢圓軌道(1)圓形軌道：衛(wèi)星沿圓形軌道運行時，萬有引力全

3、部用來產(chǎn)生向心加速度.衛(wèi)星的加速度、向心加速度相同，可由gma得到。（2)橢圓軌道：衛(wèi)星沿橢圓軌道運行時,萬有引力一方面改變衛(wèi)星運行速度的方向，另一方面改變衛(wèi)星運行的速度大小.由gma得到的是衛(wèi)星運行的合加速度,而非衛(wèi)星的向心加速度。5兩類運行穩(wěn)定運行和變軌運行（1)穩(wěn)定運行衛(wèi)星繞天體穩(wěn)定運行時萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力。由m，得v。由此可知，軌道半徑r越大，衛(wèi)星的速度越小.（2）變軌運行制動變軌：衛(wèi)星的速率變小時,使得萬有引力大于所需向心力，即gm，衛(wèi)星做向心運動，軌道半徑將變小，所以要使衛(wèi)星的軌道半徑變小,需開動發(fā)動機使衛(wèi)星做減速運動。加速變軌：衛(wèi)星的速率增大時,使得萬有引力小于

4、所需向心力，即gm,衛(wèi)星做離心運動,軌道半徑將變大，所以要使衛(wèi)星的軌道半徑變大,需開動反沖發(fā)動機使衛(wèi)星做加速運動?！纠?】為了探測引力波,“天琴計劃”預計發(fā)射地球衛(wèi)星p，其軌道半徑約為地球半徑的16倍；另一地球衛(wèi)星q的軌道半徑約為地球半徑的4倍.p與q的周期之比約為（）a21b41c81d161c設地球半徑為r，根據(jù)題述，地球衛(wèi)星p的軌道半徑為rp16r，地球衛(wèi)星q的軌道半徑為rq4r，根據(jù)開普勒定律,64，所以p與q的周期之比為tptq81，故選c正確.一語通關天體問題實際上是萬有引力定律、牛頓第二定律、勻速圓周運動規(guī)律的綜合應用，解決此類問題的基本思路有兩條.思路1中心天體的表面或附近，萬

5、有引力近似等于重力，即gmg0(g0表示天體表面的重力加速度)。思路2萬有引力提供向心力，即gma.，式中a表示向心加速度,而又有向心加速度a、a2r、av、a、ag這樣幾種表達形式，要根據(jù)具體問題，選擇合適的表達式討論相關問題。天體中的追及、相遇問題求解若某中心天體有兩顆軌道共面的環(huán)繞天體,當兩環(huán)繞天體與中心天體在同一直線上,且位于中心天體同一側(cè)時相距最近；當兩環(huán)繞天體與中心天體在同一直線上，且位于中心天體異側(cè)時相距最遠.如兩環(huán)繞天體某時刻相距最近，則：a若經(jīng)過時間t，兩環(huán)繞天體與中心天體連線半徑轉(zhuǎn)過的角度相差2的整數(shù)倍，則兩環(huán)繞天體又相距最近;b若經(jīng)過時間t,兩環(huán)繞天體與中心天體連線半徑轉(zhuǎn)

6、過的角度相差的奇數(shù)倍,則兩環(huán)繞天體相距最遠?！纠?】設地球的自轉(zhuǎn)角速度為0，地球半徑為r，地球表面重力加速度為g，某人造衛(wèi)星在赤道上空做勻速圓周運動,軌道半徑為r，且r5r，飛行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同，在某時刻，該人造衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方,則到它下一次通過該建筑物正上方所需要的時間為(地球同步衛(wèi)星軌道半徑約為6r)（）a2 bc2 d思路點撥地面上的建筑物隨地球自轉(zhuǎn),衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動，當衛(wèi)星轉(zhuǎn)動比地球自轉(zhuǎn)多走一圈時所需的時間即本題所求。d根據(jù)衛(wèi)星的運行特點知,軌道半徑越高，衛(wèi)星運行角速度越小,而同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，且同步衛(wèi)星的軌道半徑大約為6r,故該人造衛(wèi)星運行的角速度比

7、地球上建筑物運行的角速度大，因此再次出現(xiàn)在建筑物上方時,說明衛(wèi)星已經(jīng)比建筑物多走了一圈，故衛(wèi)地2，衛(wèi)1t,地0t，由于衛(wèi)星做勻速圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力有mr，根據(jù)“黃金代換”gmgr2,聯(lián)立解得d正確.一語通關1對同向運行的天體的追及、相遇問題的處理思路:(1）根據(jù)mr2判斷出誰的角速度大.（2)根據(jù)兩天體追上或相距最近時滿足兩天體運行的角度差等于2的整數(shù)倍，相距最遠時兩天體運行的角度差等于的奇數(shù)倍列式求解。2在分析衛(wèi)星與地球上的物體的相遇與追及問題時，要根據(jù)地球上物體與同步衛(wèi)星角速度相同的特點進行判斷。培養(yǎng)層素養(yǎng)升華截至2018年12月，北斗系統(tǒng)可提供全球服務，在軌工作衛(wèi)星共33顆

8、，包含15顆“北斗二號”衛(wèi)星和18顆“北斗三號衛(wèi)星，具體為5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、7顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和21顆中圓地球軌道衛(wèi)星.如圖所示是赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體a、赤道上空的近地衛(wèi)星b和地球的同步衛(wèi)星c的運動的示意圖，若它們的運動都可視為勻速圓周運動，則比較三個物體的運動情況:設問探究1近地衛(wèi)星b和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體a有什么相同點和不同點？2近地衛(wèi)星b和同步衛(wèi)星c有什么相同點和不同點？3赤道上的物體a隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度和環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星b、c的向心加速度有什么不同？提示:1.相同點：質(zhì)量相等時，受到地球的引力相同.不同點：受力情況不同。近地衛(wèi)星只受地球引力的作用，地球引力等于衛(wèi)星做

9、圓周運動所需的向心力，而赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體受到地球引力和地面支持力的作用，其合力提供物體做圓周運動所需的向心力。運動情況不同.角速度、線速度、向心加速度、周期等均不相同，如近地衛(wèi)星的向心加速度為g,而赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體的向心加速度為a0。034 m/s2，遠小于近地衛(wèi)星的向心加速度(或者說遠小于地球表面的重力加速度),因此通常忽略物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力。2相同點：都是地球的衛(wèi)星，地球的引力提供向心力.不同點:由于近地衛(wèi)星軌道半徑較小，由人造衛(wèi)星的運動規(guī)律可知，近地衛(wèi)星的線速度、角速度、向心加速度均比同步衛(wèi)星的大.3置于地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的分力提供的

10、；而環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星所需的向心力完全由地球?qū)ζ湟μ峁?。對應的兩個向心加速度的計算方法不同。赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度a12rr，式中t為地球自轉(zhuǎn)周期,r為地球半徑；衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的向心加速度a2,式中m地為地球質(zhì)量，r為衛(wèi)星與地心的距離(即軌道半徑）.深度思考如圖所示,a是靜止在赤道上的物體，b、c是同一平面內(nèi)的兩顆人造衛(wèi)星。b位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上，c是地球同步衛(wèi)星。下列說法中正確的是（)a衛(wèi)星b的速度大小等于地球的第一宇宙速度ba、b的線速度大小關系為vavbca、b的向心加速度大小關系為abaada、b、c周期大小關系為tatctbd如果b是近地衛(wèi)星,那么它的速度等于地球的第一宇宙速度，但由于衛(wèi)星b的軌道半徑等于地球半徑的2倍，則衛(wèi)星b的速度v，小于地球的第一宇宙速度，故a錯誤；根據(jù)gmma知，v，a,因c的軌道半徑大于b的軌道半徑，則vbvc，abac；a、c的角速度相等，根據(jù)vr，a2r知,vcva，acaa，所以vbva,abaa，故b、c錯誤；a、c的角速度相等，則a、c的周期相等,根據(jù)gmr，得t，所以c的周期大于b的周期，則a、b、c周期大小關系為tatctb，故d正確