2017沪科版高中物理必修二5.4《飞出地球去（二）》word学案.doc

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1、学案5　飞出地球去（二）[学习目标定位]1.掌握解决天体运动问题的思路和方法.2.理解赤道物体、同步卫星和近地卫星的区别.3.会分析卫星(或飞船)的变轨问题.4.掌握双星的运动特点及其问题的分析方法．一、万有引力定律1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比．2．公式F＝.二、卫星运动中几个概念的区别1．天体半径和卫星的轨道半径通常把天体看成一个球体，天体的半径指的是球体的半径；卫星的轨道半径指的是

2、卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径．卫星的轨道半径大于等于天体的半径．2．自转周期和公转周期自转周期是指天体绕自身轴线运动一周所用的时间；公转周期是指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间．自转周期与公转周期一般不相等(填“相等”或“不相等”)．三、卫星的线速度、角速度、周期、向心力卫星所受万有引力提供向心力，即由＝ma＝m＝mω2r＝mr得：a＝、v＝、ω＝、T＝2π，故可看出，轨道半径越大，a、v、ω越小，T越大.一、分析天体运动问题的思路解决天体运动问题的基本思路，行星或卫星的运动一般可看作匀速

3、圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立基本关系式：＝ma，式中a是向心加速度．常用的关系式为1．G＝m＝mω2r＝mr，万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力，可得v、ω、T与半径r的关系．2．忽略自转mg＝G，即物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．此式两个用途：①求星体表面的重力加速度g＝，从而把万有引力定律与运动学公式结合解题．②黄金代换式GM＝gR2.例1　地球半径为R0，地面重力加速度为g，若卫星在距地面R0处做匀速圆周运动，则(　　)A．卫

4、星速度为B．卫星的角速度为C．卫星的加速度为D．卫星周期为2π解析　由＝ma＝m＝mω2(2R0)＝m(2R0)及GM＝gR可得卫星的向心加速度a＝，角速度ω＝线速度v＝，周期T＝2π，所以A、B正确，C、D错误．答案　AB二、赤道物体、同步卫星和近地卫星转动量的比较赤道上的物体、同步卫星和近地卫星都近似做匀速圆周运动，当比较它们的向心加速度、线速度及角速度(或周期)时，要注意找出它们的共同点，然后再比较各物理量的大小．1．赤道上的物体与同步卫星具有相同的角速度和周期，如同一圆盘上不同半径的两个点，

5、由v＝ωr和a＝ω2r可分别判断线速度，向心加速度的关系．2．不同轨道上的卫星向心力来源相同，即万有引力提供向心力，由＝ma＝m＝mω2r＝mr可分别得到a＝、v＝，ω＝及T＝2π，故可以看出，轨道半径越大，a、v、ω越小，T越大．例2　如图1所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则(　　)图1A．v1＞v2＞v3B．v1＜v2＜v3C．a1＞a2＞a3D．a1＜a3

6、＜a2解析　卫星的速度v＝，可见卫星距离地心越远，即r越大，则速度越小，所以v3＜v2.q是同步卫星，其角速度ω与地球自转角速度相同，所以其线速度v3＝ωr3＞v1＝ωr1，选项A、B均错误．由G＝ma，得a＝，同步卫星q的轨道半径大于近地资源卫星p的轨道半径，可知q的向心加速度a3＜a2.由于同步卫星q的角速度ω与地球自转的角速度相同，即与地球赤道上的山丘e的角速度相同，但q轨道半径大于e的轨道半径，根据a＝ω2r可知a1＜a3.根据以上分析可知，选项D正确，选项C错误．答案　D三、人造卫星的变轨

7、问题1．卫星在圆轨道上做匀速圆周运动时，＝m成立．2．卫星变轨时，是线速度v发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r发生变化．(1)当人造卫星减速时，卫星所需的向心力F向＝m减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁．(2)当人造卫星加速时，卫星所需的向心力F向＝m增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁．3．卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度相同．4．飞船对接：两飞船对接前应处于高、低不同的轨道上，目标

8、船处于较高轨道，在较低轨道上运动的对接船通过合理地加速，做离心运动而追上目标船与其完成对接．例3　2013年5月2日凌晨0时06分，我国“中星11号”通信卫星发射成功．“中星11号”是一颗地球同步卫星，它主要用于为亚太地区等区域用户提供商业通信服务．图2为发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正