（广东版）高三物理第二轮专题复习（专家概述+解题思路与方法+专题测试）专题三 圆周运动与天体运动的规律.doc

专题三 圆周运动与天体运动的规律 【专家概述】 一、本专题的重点和难点内容 1、匀速圆周运动的有关物理量中矢量有：线速度、加速度、向心力，它们的方向是重点；标量有：线速度大小、加速度大小、向心力大小、角速度、周期、频率、半径。 2、向心加速度改变线速度的方向，不改线速度的大小；切向加速度，改变线速度的大小，不改变线速度的方向。各司其职，互不干扰。匀速圆周运动的切向加速度一定等于零。 3、各外力在半径方向的合力提供向心力，与向心加速度对应；在切线方向的合力提供切向力，与切向加速度对应。 4、匀速圆周运动相关公式：， 5、天体运动的相关公式：， 6、天体运动相关结论： （1）由可得：，r越大，v越小。 （2）由可得：，r越大，越小。 （3）由可得：，r越大，t越大。 （4）由可得：，r越大，a向越小。 （5）轨道半径越大，线速度越小，角速度越小，周期越大，频率越小，加速度越小。 二、本专题的解题思路与方法 1、关于皮带传动问题，同轮上角速度相等，同皮带上线速度大小相等。 2、处理匀速圆周运动的问题，通常沿半径方向和切线方向建立直角坐标系，沿半径方向应用牛顿第二定律，即向心力公式建立方程，沿切线方向用平衡建立方程。 3、在太空中，向心力由万有引力提供，在地面附近万有引力等于物体的重力。 4、同步地球卫星轨道五确定：轨道平面确定（一定在赤道上空）、周期确定（24小时）、频率确定、角速度确定、半径确定（大约地球半径的6.6倍4.2万公里），并且只有一条，唯一的一条同步地球卫星轨道。 5、利用发射卫星的办法可以测量某天体的质量和密度。 【经典例说】 例1 （湛江二模）神舟七号载人飞船在轨飞行时间长67小时51分，绕地飞行约45圈.将“神舟七号”的轨道看作是圆轨道，其与地球同步卫星相比（ ） a在轨道上运行的线速度比同步卫星大 b在轨道上运行的角速度比同步卫星小 c在轨道上运行的半径比同步卫星大 d在轨道上运行的向心加速度比同步卫星大 答案：ad 分析：神舟七号是近地轨道卫星，与同步卫星相比，轨道半径小很多。 解：神舟七号载人飞船轨道半径比地球同步卫星小，线速度大，周期小，角速度大，向心加速度大，选项ad正确，选项bc错误。 小结：圆周轨道的卫星结论是，半径大，速度小，角速度小，加速度小，周期大。 变式训练（福建高考）“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星.若测得“嫦娥二号”在月球(可视为密度均匀的球体)表面附近圆形轨道运行的周期t，已知引力常数g，半径为r的球体体积公式v=r3，则可估算月球的（ ） a密度 b质量 c半径 d自转周期（云浮一模）据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77赤道上空的同步轨道上.关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是（ ） a运行速度大于7.9km/s b离地面高度为定值，相对地面静止 c向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 d绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 lm例2 （2011年东莞一模）如图所示，长为l的细绳一端固定，另一端系一质量为m的小球.给小球一个合适的初速度，小球便可在水平面内做匀速圆周运动，这样就构成了一个圆锥摆，设细绳与竖直方向的夹角为.下列说法中正确的是（ ） a小球受重力、细绳的拉力和向心力作用 b小球受重力、细绳的拉力的作用 c越大，小球运动的线速度越大 d越大，小球运动的线速度越小 答案：bc 分析：小球受重力、细绳的拉力。 解：向心力由合外力提供，选项a错误，选项b正确。根据向心力公式得：，整理得：，选项c正确，选项d错误。 小结：小球作匀速圆周运动，其向心力由合外力提供，所以向心力不是所受的力。 变式训练 ab（广州调研）如下图，通过皮带传动的两个皮带轮(皮带和轮不发生相对滑动)，大轮的半径是小轮半径的2倍.a、b分别是大小轮边缘上的点，则a、b的线速度v、角速度之比是（ ） ava：vb=1：1 bva：vb=1：2 ca：b=1：1 da：b=1：2（广州一模）某一时刻，所有的地球同步卫星（ ） a向心力相同 b线速度相同 c向心加速度相同 d离地心的距离相同 例3 （广东高考）已知地球质量为m，半径为r，自转周期为t，地球同步卫星质量为m，引力常量为g，有关同步卫星，下列表述正确的是：（ ） a卫星距地面的高度为 b卫星的运行速度小于第一宇宙速度 c卫星运行时受到的向心力大小为 d卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 答案：bd 分析： 同步卫星做匀速圆周运动所需要的向心力由地球对它的万有引力提供。根据牛顿第二定律建立方程即可求。 解：卫星距地面的高度为-r，选项a错误。选项c错误，r应改为卫星到地心的距离。 小结：天体问题，万有引力提供向心力，其它力小到忽略不计。 变式训练 （江门调研）火星的质量和半径分别约为地球的0.1倍和0.5倍，地球表面的重力加速度为g，则火星表面的重力加速度约为（ ） a0.2g b0.4g c2.5g d5g（重庆高考）某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过n年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示.该行星与地球的公转半径比为（ ） a b c d 例4 （惠州三调）假如一个做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做匀速圆周运动，则（ ） a根据公式v=r，可知卫星运动的线速度增大到原来的2倍 b根据公式，可知卫星所需的向心力将减小到原来的 c根据公式，可知地球提供的向心力将减小到原来的 d根据上述选项b和c给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的 答案：cd 分析：轨道半径变了，万有引力变了，向心力也变了，所以卫星的轨道参量变化。 解：角速度是变化的，选项a错误。线速度是变化的，选项b错误。选项c正确，选项d正确。 小结：用公式讨论问题时一定要注意，在确定两个物理之间的关系时，一定要确保其它物理量不变，否则结果不一定对。 变式训练 （江门调研）两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星a和b，轨道半径分别为ra和rb、如果rarb，则（ ） a卫星a的运动周期比卫星b的运动周期大 b卫星a的线速度比卫星b的线速度大 c卫星a的角速度比卫星b的角速度小 d卫星a的加速度比卫星b的加速度大（山东高考）甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是（ ） a甲的周期大于乙的周期 b乙的速度大于第一宇宙速度 c甲的加速度小于乙的加速度 d甲在运行时能经过北极的正上方 地月转移轨道月球地球绕月轨道例5 （湛江一模）如图所示是“嫦娥二号”奔月的轨道示意图，其环月轨道距离月面的高度为100km，则下列说法正确的是（ ） a“嫦娥二号”的发射速度大于第二宇宙速度 b在绕月轨道上，“嫦娥二号”的周期与其本身质量无关 c在绕月轨道上，“嫦娥二号”的速度与其本身质量有关 d在绕月轨道上，“嫦娥二号”受到的月球引力大于地球引力 答案：bd 分析：探月卫星没有离开地球的引力范围，在接近月球表面时，月球对卫星的万有引力大于地球对它的万有引力。 解：第二宇宙速度能脱离地球的束缚，月球仍然地球的束缚范围内，选项a错误。卫星的轨道参数与卫星的本身质量无关，选项b正确，选项c错误。选项d正确。 小结：卫星做匀速圆周运动，与卫星本身的质量无关，建立方程时就可以发现，这个量消掉了。 变式训练 （天津高考）质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动.已知月球质量为