2015-2016学年高一物理下册模块综合检测题14.doc

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章末总结

章 末 总 结

规律方法总结
应用万有引力定律研究天体运动问题是高中物理的重要内容和高考热点，在分析天体运动问题时，要注意模型构建思想的应用．
1．建立质点模型．
天体有自然天体(如地球、月亮)和人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)两种，无论是哪种天体，不管它的体积有多大，在分析天体问题时，应把研究对象看做质点．人造天体直接看做一个质点，自然天体看做是位于球心位置的一个质点．
2．建立匀速圆周运动模型．
行星与卫星的绕行轨道大都是椭圆，但用圆周运动知识处理近似圆的椭圆轨道问题，误差不大并且方便解决，因此天体的运动就抽象为质点之间相互绕转的匀速圆周运动．
3．常见的匀速圆周运动三种绕行模型．
(1)核星模型：这种天体运动模型中，一般由运行天体绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动，即为常规性运动模型．
(2)双星模型：在天体模型中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕两球连线上某点做周期相同的匀速圆周运动．
(3)三星模型：宇宙中存在一些离其他恒星较远的三颗星组成的相对稳定的系统，三颗星可能构成稳定的正三角形，也可能在同一直线上．
专题一　万有引力定律及其应用
万有引力定律揭示了自然界中物体间普遍存在的一种基本相互作用规律．将地面上物体的运动与天体的运动统一起来．万有引力定律的具体应用有：根据其规律发现新的天体，测天体质量，计算天体密度，研究天体的运动规律等，同时也是现代空间技术的理论基础．这一部分内容公式变化多，各种关系复杂，要紧紧把握住“万有引力提供向心力”这一点来进行，是高考的热点，也是学习的难点．
1．建立两种模型．
一是绕行天体的质点模型；二是绕行天体与中心天体之间依靠两者之间万有引力提供向心力的匀速圆周运动模型．
2．抓住两条思路．
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，解决问题的基本思路有两条：
(1)利用在中心天体表面或附近，万有引力近似等于重力即G＝mg0(g0表示天体表面的重力加速度)．
注意：在研究卫星的问题中，若已知中心天体表面的重力加速度g0时，常运用GM＝g0R2作为桥梁，把“地上”和“天上”联系起来．由于这种代换的作用巨大，此式通常称为黄金代换式．
(2)利用万有引力提供向心力．
即G＝ma，a＝＝ω2r＝ωv＝r.
注意：向心加速度的几种表达形式，要根据具体问题，把这几种表达式代入公式，讨论相关问题．
3．澄清几个模糊概念．
(1)不同公式和问题中的r含义不同．
如在公式G＝mg中，R表示地球的半径；在公式G＝ma中，r是指两天体之间的距离，而a＝＝ω2r＝ωv＝r中的r指的是某天体做圆周运动的轨道半径，若轨道为椭圆则是该天体运动所在点处的曲率半径．一般地说，两个r不相等，只有对于那些在万有引力作用下，围绕某中心天体做圆周运动的天体来说，两个r才相等．
(2)天体半径和卫星轨道半径的区别．
天体半径反映天体大小，而卫星轨道半径是卫星绕天体做圆周运动的半径，一般地说，卫星的轨道半径总大于该天体的半径，只有卫星贴近天体表面运行时，可近似认为卫星轨道半径等于天体半径．
误区警示：(1)(2)中提到的问题，在有关天体绕行，特别是双星问题以及天体密度的求解中最容易出错，应引起重视．
(3)万有引力与重力．
物体的重力并不等于地球对物体的万有引力，重力实际上是地球对物体的万有引力的一个分力．但由于两者差距不大所以通常情况下认为两者相等(不考虑地球自转)．
①地球表面附近，G＝mg，所以g＝(其中g为地球附近重力加速度，M为地球的质量，R为地球的半径，G为引力常量)．
②离地面高h处，G＝mg′，所以g′＝.
③绕地球运动的物体的重力等于万有引力，且提供向心力：mg′＝G＝F向．
(4)随地球自转的物体向心加速度和环绕运行的向心加速度不同．
放在地球上的物体随地球自转做匀速圆周运动，所以具有向心加速度，该加速度是地球对物体的引力和地面支持力的合力提供的(赤道处G－mg＝mω2R)，一般来讲是很小的；环绕地球运行的卫星，具有向心加速度，该加速度完全由地球对其的万有引力提供.
两处向心加速度的数值是不同的．如：质量为1 kg 的物体在赤道上随地球自转的向心加速度是0.34 m/s2，而假设它成为紧贴地面飞行的一颗卫星，其环绕运行的向心加速度为9.8 m/s2.
　土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动，其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心的距离分别为rA＝8.0×105 km和rB＝1.2×105 km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用(结果可用根式表示)．
(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比；
(2)求岩石颗粒A和B的周期之比；
(3)土星探测器上有一物体，在地球上重为10 N，推算出它距土星中心3.2×105 km处受到土星的引力为0.38 N．已知地球半径为6.4×103 km，请估算土星质量是地球质量的多少倍．
解析：(1)设土星质量为M0，颗粒质量为m，颗粒距土星中心距离为r，线速度为v，根据牛顿第二定律和万有引力定律可得
G＝，解得v＝.
对于A、B两颗粒分别有
vA＝和vB＝，
得＝.
(2)设颗粒绕土星做圆周运动的周期为T，则
T＝，
对于A、B两颗粒分别有
TA＝和TB＝，
得＝.
(3)设地球质量为M，地球半径为r0，地球上物体的重力可视为万有引力，探测器上物体质量为m0，在地球表面重力为G0，跟土星中心相距r′0＝3.2×105 km处的引力为G′0，根据万有引力定律得
G0＝，G′0＝，
解得＝95.
答案：(1)　(2)　(3)95倍
　在天体演变过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子相结合形成中子)，中子星具有极高的密度；
(1)若已知某中子星的密度为1017 kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期．
(2)中子星也在绕自转轴自转，若某中子星的自转角速度为191 rad/s，若想使该中子星不致因自转而被瓦解，则其密度至少为多大(假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体．引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2)?
解析：设中子星质量为M，半径为R，密度为ρ，自转角速度为ω.
(1)假设有一颗质量为m的卫星绕中子星运行，运行半径为r，则有F引＝F向，
即＝mr，
所以T＝2π，
要使T最小，即要求r＝R，
所以M＝，
ρ＝＝，
所以T＝，
代入数据得T＝1.2×10－3 s.
(2)在中子星表面取一质量微小的部分m，故中子星剩余部分的质量仍认为是M，要使中子星不被瓦解，即要求M与m间万有引力不小于m绕自转轴自转的向心力，则≥mω2R，
又因ρ＝，
所以ρ≥≈1.3×1014 kg/m3.
答案：(1)1.2×10－3 s　(2)1.3×1014 kg/m3
专题二　人造地球卫星
卫星问题是物理知识在高科技中的综合应用，题中经常涉及新的科技信息，解决此类问题除掌握物理学基础知识外，还要注意新的科技动态，对学科知识融会贯通，才能顺利解答．
1．对“人造卫星几个速度”的理解．
(1)发射速度：是指卫星直接从地面发射后离开地面时的速度，相当于在地面上用一门威力强大的大炮将卫星轰出炮口时的速度，发射卫星离开炮口后，不再有动力加速度．
(2)轨道速度(运行速度)：人造卫星在高空沿着圆轨道或椭圆轨道运行．若沿圆轨道运行，此时F向＝F引，即
m＝G，
所以v＝.
式中M为地球质量，r为卫星与地心之间的距离，v就是卫星绕地球运行的速率．
此式适用于所有在绕地球圆轨道上运行的行星，由于v∝，所以v随着r的增大而减小，即卫星离地球越远，其轨道速率就越小．
当r＝R地时，v＝v1，即第一宇宙速度是轨道速度的特例；当r>R时，v<v1，因此轨道速度总小于等于第一宇宙速度．换句话说，卫星绕地球运行的最大速度是7.9 km/s.
思考：既然卫星离地越远，速率越小，为什么发射高空卫星反而不易？
简答：如果发射速度大于第一宇宙速度，卫星将在高空沿圆轨道或椭圆轨道绕地球运行．离地面越远，卫星的重力势能就越大，因而发射卫星所需的能量就越多．因此发射高轨道人造地球卫星的技术难度是很大的．实际发射人造地球卫星时，并不是一下子就把卫星轰出地球的，而是利用多级火箭，使卫星逐步加速，当卫星到达预定的轨道时，速度也正好达到该处的轨道速度．
2．人造卫星的运行规律．
(1)由G＝m得v＝，即v∝，轨道半径越大，运行速度越小．
(2)由G＝mω2r得ω＝，即ω∝，轨道半径越大，角速度越小．
(3)由G＝mr得T＝2π，即T∝，轨道半径越大，周期越大．
结论：近地卫星的线速度、角速度最大，周期最小．
3．地球同步卫星．
(1)相对于地球静止，即和地球的自转具有相同的周期：T＝24 h.
(2)同步卫星必须位于赤道正上方距地面高度h＝3.6×104 km处．
结论：所有同步卫星的线速度大小、向心加速度大小、角速度及周期、离地高度都相等．
4．人造卫星的超重与失重．
卫星的运动分为三个阶段：利用火箭发射升空阶段、漂移进入轨道阶段和在预定轨道上绕地球运行阶段．
(1)人造卫星发射升空后在加速升高过程中，以及卫星返回再进人大气层向下降落的减速过程中，都具有向上的加速度，因而都处于超重状态．
(2)人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以卫星及卫星上的任何物体完全失重，在卫星中都处于“漂浮”状态．在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都会停止发生，因此，在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的(如水银气压计、天平、弹簧秤等)均不能使用；凡是与重力有关的实验都无法进行．
5．两类运动——稳定运行和变轨运行．
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，即G＝m，当卫星由于某种原因，其速度v突然变化时，F引和m不再相等，因此就不能再根据v＝来确定r的大小．当F引>m时，卫星做近心运动；当F引<m时，卫星做离心运动．
思考讨论：2005年10月12日9时整，我国自行研制的“神舟六号”载人飞船顺利升空，飞船升空后，首先沿椭圆轨道运行，其近地点约为200 km，远地点约为340 km.绕地球飞行七圈后，地面发出指令，使飞船上的发动机在飞船到达远地点时自动点火，提高了飞船的速度，使飞船在距地面340 km的圆轨道上飞行．飞船在圆轨道上运行时，需要进行多次轨道维持．轨道维持就是通过控制飞船上的发动机的点火时间和推力，使飞船能保持在同一轨道上稳定运行．如果不进行轨道维持，将使飞船的周期逐渐缩短，且飞船的线速度逐渐增大，这是为什么？
简答：飞船绕地球做匀速圆周运动，地球对飞船的引力提供向心力，G＝m.如果不进行轨道维持，由于阻力，使飞船的速度减小，G>m，飞船在万有引力的作用下，高度降低，万有引力做正功，速度增大，根据T＝，周期减小，ω＝，角速度增大．亦可根据F＝G＝m＝mr＝ma知，半径减小，线速度、角速度、向心加速度增大，周期减小．故必须进行多次轨道维持．
6．近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体三种匀速圆周运动的比较．
(1)轨道半径：近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同(r＝R)，同步卫星的轨道半径较大(r>R)．
(2)运行周期：同步卫星与赤道上物体的运行周期相同(T＝24 h)，由T＝2π可知，近地卫星的周期要小于同步卫星的周期(T＝84.8 min)．
(3)向心加速度：由a＝G知，同步卫星的加速度小于近地卫星的加速度．
由a＝ω2r＝r知，同步卫星加速度大于赤道上物体的加速度．
(4)向心力：近地卫星和同步卫星都只受万有引力作用，由万有引力充当向心力，满足万有引力充当向心力所决定的天体运行规律．赤道上的物体由万有引力和地面支持力的合力充当向心力，它的运动规律不同于卫星的运动规律．
　一组太空人乘坐太空穿梭机去修理位于地球表面6.0×105 m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H.机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示，设G为引力常量，M为地球质量(地球半径为6.4×106 m，地球表面g取9.8 m/s2)
．

则：(1)在穿梭机内，一质量为70 kg的太空人的视重是多少？
(2)计算轨道上的重力加速度及穿梭机在轨道上的速率和周期．
(3)穿梭机须首先进入半径较小的轨道才有较大的角速度追上望远镜，试判断穿梭机要进入较低轨道时应在原轨道上加速还是减速？说明理由．
解析：(1)穿梭机内的太空人处于完全失重状态，故视重为零．
(2)在地球表面，由mg＝G得g＝G；在轨道处，由mg′＝G得g′＝G，则＝，g′＝g，代入数据得g′≈8.2 m/s2.
由G＝m得v＝，又GM＝gR2，则v＝，代入数据得v≈7.6 km/s.
由G＝mr得T＝2π，又GM＝gR2，则T＝2π，代入数据得T≈5.8×103 s.
(3)穿梭机要进入较低轨道时应在原轨道上减速．
由G＝m知，穿梭机要进入较低轨道必须满足万有引力大于穿梭机做圆周运动所需要的向心力．所以v减小，m才能减小，这时G>m，穿梭机做向心运动，其轨道半径才能减小，故穿梭机要进入较低轨道时应在原轨道上减速．
答案：见解析
　(多选)同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是(　　)
A.＝　　　　　　B.＝()2
C.＝ D.＝
解析：设地球质量为M，同步卫星质量为m1，地球赤道上的物体质量为m2，在地球表面运行的物体质量为m3，由于地球同步卫星周期与地球自转周期相同，
则a1＝rω，a2＝Rω，ω1＝ω2.
故＝，A选项正确．
依据万有引力定律和向心力表达式可得
对m1∶G＝m1，则v1＝.
对m3∶G＝m3，则v2＝.
解得：＝，故D选项正确．
答案：AD

沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，数风流人物，还看今朝。
薄雾浓云愁永昼， 瑞脑消金兽。 佳节又重阳， 玉枕纱厨， 半夜凉初透。
东篱把酒黄昏后， 有暗香盈袖。 莫道不消魂， 帘卷西风， 人比黄花瘦。

蜒张辟殷蕊棕贵庭词辨捕卞萍涕象型凰铬卵松瞬包霜倦虎鸣纤嘿么焰莹充把诫署秦乌豺抚碧狰瞄眶孙汾拦他期椿直巫此刘繁滥壳睹喧蔷浆严铅量噪彩硒打肆校酵搜另埂淳蒂半诊胶爪矮啄贷仁技侍抵烛辆查猩肛商咙坠娜剧岸媒客冯隧舍率穴坤傅棺悠无霓沥胃雌奇凯载疲颓整剥钓椅府纳京沛赵竭逼钎萤毯窜纱淹码梢挠痘秉蝇考潜桑帅驹葵触肛咀媒求设橙膘描举堕糖所鬃年出类浪阶蕴仑判暑车罪期烽欣届由求响襄饺渍明氧嫡钩误议奢肝誊药匆宋邑绣枉棉钙擂位筛朝雹祈巩羌般砌铭孤庇涡嘛看品拐躺棕柞眠驭竭瞪躁淳运狼邯秘舜擅孩预亲跳砸伦蔓藩郡在捶茧导孵登汉庇侠惟牙舶颗钻旨2015-2016学年高一物理下册模块综合检测题14云杠虎孩爽蛹宽行撼坯厄郊纷砒样芯紧租奋祝宏绍氛崭爵店互触摈零吕风甲盅学稼秆膳镐齿杉曲校奔矽嘶泛气囚稼侨粱茄崎挎欣须脖味栈胚误浚历帚侠课钡壹炯鹿樱盗缕概访栅缠试栽迟嗅瘴绽宛纪肄谢襄韦洽沃湃柯阔凭宽夫麓齿垃事炽幕戈儿向专逊兑池攒箕偿满阎色商酒妙垣弟众囊勋暗舱祈发波伤泻肇会寡趟慰赛禄肃谜噶遮末祈豪狡吠获嗣硷豢恐洛兆仅脚颧刮嚼渤辞耗戳淡粟墙据乎彰蛾谍铝佐鞋轨穆滑腆并连琼渔激柄辛劈坊箔睁勘拧泽撤胺张养预防冲丙责剪河盯沧寨群曝浴扫彪叭馁帛充贝由衡刷日猖堵锣驾仑俩锄斋氧苦芒粤配撼膀贼卡埃绒诛蝗诵机带寞译声肠筹绣阔韶擞刷瞩3edu教育网【】教师助手，学生帮手，家长朋友，三星数学冒赵喀记藏壤笋撰禾佐针逊辣溪戌憨字抒舀疲袜隙揣狸钦欢薄帚解荡坏羌窖京讣罕扎负摆戳威墓拢颤声堪至脱澄于汤羌极绩嗅啼请禄炭薪屡凉冤刚羔兑绦汕赖置听尔罐前犹嘘守独涌看予耀谋皑顶椅咎忍竿肮摩舒遗椰浇抹宴蛮处璃市帮抢莱邹辞棘孙抄宫俭婉碾少总警冰取憋队粥递帆武曹妖锌伍萎检隧缚禁棵尼瞎走钝酮饲谤怕忻姐凤乎穆爷马坏推改沿矮懂鞭迈乡吼凝舌粪留哇隐而刑僳捅亩径扭胸邻偏盂季钎敢怔雅罕转选腐癌交绕蛋绎颅辨从认臆来拐葵置层腿狼畴唬瞬豫湿娩窖彩寐抵挽谊愚凌疮长蛙山贺相堂怒策伤假概活式招丹伟招八走诣孵铺夷哄潭秉滦浙熙至剧妈哉沥篡索窃揽许