粤教版高中物理必修第二册第3章章末综合提升学案

这是一份粤教版高中物理必修第二册第3章章末综合提升学案，共6页。

主题1　天体运动中易混概念的比较1．两个半径——天体半径和卫星轨道半径(1)天体半径：在中学物理中通常把天体看成一个球体，天体半径就是球体的半径，反映了天体的大小。(2)卫星的轨道半径：是天体的卫星绕天体做圆周运动的轨迹圆的半径。(3)关系：一般情况下，天体卫星的轨道半径总大于该天体的半径。当卫星贴近天体表面运动时，可近似认为轨道半径等于天体半径。2．三种速度——运行速度、发射速度和宇宙速度三种速度的比较，见下表：3．两种周期——自转周期和公转周期(1)自转周期：是天体绕自身某轴线转动一周所用的时间，取决于天体自身转动的快慢。(2)公转周期：是运行天体绕中心天体做圆周运动一周的时间，由GMmr2＝m2πT2r得T＝2πr3GM，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离，与运行天体自身质量无关。(3)联系：一般情况下天体的自转周期和公转周期是不等的，如地球自转周期为24小时，公转周期为365天。它们之间没有直接联系，在应用中要注意区别。4．两种轨道——圆形轨道和椭圆轨道(1)圆形轨道：卫星沿圆形轨道运行时，万有引力全部用来产生向心加速度。卫星的加速度即为向心加速度，可由GMmr2＝ma得到。(2)椭圆轨道：卫星沿椭圆轨道运行时，万有引力一方面改变卫星运行速度的方向，另一方面改变卫星运行速度的大小。由GMmr2＝ma得到的是卫星运行的合加速度，而非卫星的向心加速度。5．两类运行——稳定运行和变轨运行(1)稳定运行卫星绕天体稳定运行时万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力。由GMmr2＝mv2r，得v＝GMr。由此可知，轨道半径r越大，卫星的速度越小。(2)变轨运行①制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即GMmr2＞mv2r，卫星做向心运动，轨道半径将变小，所以要使卫星的轨道半径变小，需开动发动机使卫星做减速运动。②加速变轨：卫星的速率增大时，使得万有引力小于所需向心力，即GMmr2＜mv2r，卫星做离心运动，轨道半径将变大，所以要使卫星的轨道半径变大，需开动发动机使卫星做加速运动。【典例1】　为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为(　　)A．2∶1 B．4∶1 C．8∶1 D．16∶1C　[由开普勒第三定律得r3T2＝k，故TPTQ＝rPrQ3＝1643＝8∶1，C项正确。]　天体问题实际上是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动规律的综合应用，解决此类问题的基本思路有两条。思路1　中心天体的表面或附近，万有引力近似等于重力，即GMmR2＝mg0(g0表示天体表面的重力加速度)。思路2　万有引力提供向心力，即GMmr2＝ma。式中a表示向心加速度，而又有向心加速度a＝v2r、a＝ω2r、a＝ωv、a＝4π2rT2、a＝g这样几种表达形式，要根据具体问题，选择合适的表达式讨论相关问题。 主题2　天体中的追及、相遇问题求解若某中心天体有两颗轨道共面的环绕天体，当两环绕天体与中心天体在同一直线上，且位于中心天体同一侧时相距最近；当两环绕天体与中心天体在同一直线上，且位于中心天体异侧时相距最远。如两环绕天体某时刻相距最近，则：a．若经过时间t，两环绕天体与中心天体连线半径转过的角度相差2π的整数倍，则两环绕天体又相距最近；b．若经过时间t，两环绕天体与中心天体连线半径转过的角度相差π的奇数倍，则两环绕天体相距最远。【典例2】　设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，某人造卫星在赤道上空做匀速圆周运动，轨道半径为r，且r<5R，飞行方向与地球的自转方向相同，在某时刻，该人造卫星通过赤道上某建筑物的正上方，则到它下一次通过该建筑物正上方所需要的时间为(地球同步卫星轨道半径约为6R)(　　)A．2πgR2r2-ω0 B．2πgR2r3+ω0C．2πr3gR D.2πgR2r3-ω0思路点拨：地面上的建筑物随地球自转，卫星绕地球转动，当卫星转动比地球自转多走一圈时所需的时间即本题所求。D　[根据卫星的运行特点知，轨道半径越高，卫星运行角速度越小，而同步卫星与地球自转的角速度相同，且同步卫星的轨道半径大约为6R，故该人造卫星运行的角速度比地球上建筑物运行的角速度大，因此再次出现在建筑物上方时，说明卫星已经比建筑物多走了一圈，故θ卫－θ地＝2π，θ卫＝ω1t，θ地＝ω0t，由于卫星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力有GMmr2＝mrω12，根据“黄金代换”GM＝gR2，联立解得D正确。]　1．对同向运行的天体的追及、相遇问题的处理思路：(1)根据GMmr2＝mrω2判断出谁的角速度大。(2)根据两天体追上或相距最近时满足两天体运行的角度差等于2π的整数倍，相距最远时两天体运行的角度差等于π的奇数倍列式求解。2．在分析卫星与地球上的物体的相遇与追及问题时，要根据地球上物体与同步卫星角速度相同的特点进行判断。 主题3　航天器的对接问题若使两个航天器在同一轨道上运行，航天器加速会进入较高的轨道，减速会进入较低的轨道，都不能实现对接，故要想实现对接，可使一个航天器在半径较小的轨道上加速，然后进入较高的空间轨道，逐渐靠近其他航天器，两者速度接近时实现对接。【典例3】　如图所示，是我国发射的“神舟十五号”飞船和“天和核心舱”自动交会对接的画面。假设对接前“天和核心舱”与“神舟十五号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与“天和核心舱”的对接，下列措施可行的是(　　)A．使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后飞船加速追上“天和核心舱”实现对接B．使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后“天和核心舱”减速等待飞船实现对接C．飞船先在比“天和核心舱”半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近“天和核心舱”，两者速度接近时实现对接D．飞船先在比“天和核心舱”半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近“天和核心舱”，两者速度接近时实现对接C　[飞船在同一轨道上加速追赶“天和核心舱”时，速度增大，所需向心力大于万有引力，飞船将做离心运动，不能实现与“天和核心舱”的对接，选项A错误；“天和核心舱”在同一轨道上减速等待飞船时，速度减小，所需向心力小于万有引力，“天和核心舱”将做近心运动，也不能实现对接，选项B错误；当飞船在比“天和核心舱”半径小的轨道上加速时，飞船将做离心运动，逐渐靠近“天和核心舱”，可在两者速度接近时实现对接，选项C正确；当飞船在比“天和核心舱”半径小的轨道上减速时，飞船将做近心运动，远离“天和核心舱”，不能实现对接，选项D错误。]比较项概念大小影响因素运行速度卫星绕中心天体做匀速圆周运动的速度v＝GMr轨道半径r越大，v越小发射速度在地面上发射卫星的速度大于或等于7.9 km/s卫星的发射高度越高，发射速度越大宇宙速度实现某种效果所需的最小卫星发射速度7.9 km/s11.2 km/s16.7 km/s不同卫星发射要求