《黑龙江省齐齐哈尔市高中物理第六章万有引力与航天6.5宇宙航行领学案（无答案）新人教版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《黑龙江省齐齐哈尔市高中物理第六章万有引力与航天6.5宇宙航行领学案（无答案）新人教版必修2（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.5宇宙航行学习目标1、了解人造卫星的有关知识。 2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3、能讨论人造卫星的速度、角速度、周期等与轨道半径的关系4、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力学习疑问学习建议 【知识点回顾】 1、计算天体质量的方法： 2、解决天体问题的基本思路是什么? 【预学能掌握的内容】认真阅读教材，回答下列问题） 一、牛顿的设想 问题导引1：牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？ 问题导引2：人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？ 人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。 问题导引3：人造卫星的
2、运行速度。 设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则人造卫星的运行速度表达式： 问题导引4：角速度和周期与轨道半径的关系呢？ 二、宇宙速度 1、第一宇宙速度 推导： 问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？已知地球半径为6370km,地球质量5.981024 kg、 G 意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近 的速度，所以也称为环绕速度。 2、第二宇宙速度 大小： 。 意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。 3、第三宇宙速度。 大小： 。 意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称
3、为逃逸速度。 【典题探究】 【例题1】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r24：1，求这颗卫星的：线速度之比；角速度之比；周期之比；向心加速度之比。 【例题2】地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9103m/s，则周期为多大？地球的平均密度多大？ 【问题拓展】 能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？ 【归纳总结】 推导人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度和半径的关系 三、梦想成真 探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分上网查阅相
4、关资料了解相关内容。 参考网站: 中国载人航天工程网：http:/ 中国探月网：http:/ 简述中国航天发展史:(小组展示) 【自主检测】 1、两个质量相等的人造地球卫星a、b绕地球运行的轨道半径ra=2rb，下列说法中正确的是：( ) A、由公式F=可知，卫星a的向心力是b的1/2， B、由公式F=G可知，卫星a的向心力是b的1/4， C、由公式F=m可知，卫星a的向心力是b的2倍， D、以上说法都不对。 2人造地球卫星的轨道半径越大，则（ ） A.速度越小，周期越小 B.速度越小，周期越大 C.速度越大，周期越小 D.速度越大，周期越大 3有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为
5、RA、RB，RARB14，那么下列判断中正确的有 ( ) A它们的运行周期之比TATB14 B它们的运行线速度之比vAvB41 C它们所受的向心力之比FAFB 41 D它们的运行角速度之比AB81 4关于人造卫星，下列说法中不可能的是 ( ) A人造卫星环绕地球运行的速率是79kms B人造卫星环绕地球运行的速率是50kms C人造卫星环绕地球运行的周期是80min D人造卫星环绕地球运行的周期是200min 5人造地球卫星围绕地球作匀速圆周运动，其速率（ ） A.一定等于7.9 B.一定大于7.9 C.等于或小于7.9 D.介于7.911.2之间 【合作探究】 【探究点一】第一宇宙速度的推导
6、的方法 方法一：设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v。飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，所以，由此解出v=_。 方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以，解得v=_。【归纳总结】关于第一宇宙速度的三种说法：第一宇宙速度是 是 是 【探究点二】人造地球卫星 1、人造地球卫星的轨道和运行速度人造地球卫星的轨道特征: 。三类人造地球卫星轨道：赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；
7、一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。2、区分卫星的发射速度和运行速度发射速度是指将卫星发射到空中的过程中，在地面上卫星必需获得的速度，等于第一宇宙速度，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度时，卫星做以地球为焦点的椭圆轨道运动。运行速度是指卫星在正常轨道上运动时的速度，如果卫星做圆周运动，根据万有引力提供向心力 ，得 ，可见，轨道半径越 ，卫星的运行速度越 。 【典题探究】 例3. 可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道 ( ) A.与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆 B.地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆 C.与地球表面上的赤道线是共面
8、同心圆，且卫星相对地球表面是静止的 D.与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的PQ123 例4发射地球同步卫星时，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，如图所示。则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是： ( ) A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。 B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。 C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。 D卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。轨
9、道3上P点速度大小 轨道2上P点速度大小（填大于、等于、小于） 轨道2上Q点速度大小 轨道1上Q点速度大小（填大于、等于、小于） 【探究点三】地球同步卫星1、 地球同步卫星：是指相对于 静止的卫星。2、 同步卫星的轨道：定点在 3、 特征：（1）周期：公转周期 地球自转周期，与地球自转同步，周期为 。（2）运动方向：同步卫星的运行方向与地球自转方向 。（3）离地高度一定： （4）运行速率是唯一确定的。 【典题探究】 例5.关于地球同步卫星（通讯卫星），下列说法中正确的是（ ） A它一定在赤道上空运行 B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样 C如果通讯需要，地球同步通讯卫星可以定点在武汉上空 D地
10、球同步通讯卫星的轨道可以是圆的，也可以是椭圆的 例6. 同步卫星相对于地面静止不动,就象悬在空中一样.下列说法中正确的是（ ） A. 同步卫星处于平衡状态; B. 同步卫星绕地心的角速度跟地球自转的角速度相等; C. 同步卫星的线速度跟地面上观察点的线速度相等; D. 所有同步卫星离地面的高度和运行速率都相同. 例 7.已知地球半径R=6.4106m，地球质量M=6.01024kg，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9103m/s。若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？ 【探究点四】人造卫星中的“失重”现象 “失重”现象分析：卫星正常运行
11、时，地球对它的万有引力（重力）提供向心力：即：， 则，运动加速度 轨道处的重力加速度。所以，卫星中的物体处于 状态 例8宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会处于完全失重，下列说法中正确的是 A宇航员仍受重力的作用 （ ） B宇航员受的向心力和离心力平衡 C宇航员受的重力和向心力平衡 D宇航员不受任何作用力 例9.某物体在地面上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以加速度a=g/2随火箭向上加速上升的过程中，物体与卫星中的支持物间的压力为90N，地球半径为R0=6.4106m，取g=10m/s2。求此时卫星离地球表面的距离。 【课堂检测】 1航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上的
12、物体处于失重状态，是指这个物体（ ）A.不受地球的吸引力B.受到地球吸引力和向心力平衡C.受到地球的引力提供了物体做圆周运动的向心力D.对支持它的物体的压力为零 2关于宇宙速度，下列说法正确的是（ ）A第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度B第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度D第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 3地球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球同步卫星离地面的高度为h，则地球同步卫星的线速度大小为（ ） 4关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（ ）A它的速度小于7.9km/s B它的速度大于7.9km/sC它的周期是24h,且轨道平面与赤道平面重合D每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的 5人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（ ）A.速度减小，周期增大 B.速度减小，周期减小C.速度增大，周期增大 D.速度增大，周期减小 6宇航员在一个半径为R的星球上，以速度v0竖直上抛一个物体，经过t秒后物体落回原
